ARM 课程考试相关知识点

ARM 课程考试相关知识点

主要：

l 嵌入式系统的五个特性 包括：专用性，可剪裁性，可靠性，低功耗性和实时性。

l 嵌入式系统的特点：专用性强，可剪裁性好，实时性和可靠性好，功耗低

l 嵌入式操作系统的特点：微型化，可裁剪性，实时性，高可靠性，易移植性

l 嵌入式系统设计过程的主要步骤（5个）：

n 1、系统需求分析

n 2、体系结构设计

n 3、硬件/软件设计

n 4、系统集成

n 5、系统测试

l ARM处理器的五个系列：（体系架构是否是冯诺依曼）ARM7和ARM9的体系架构？

n ARM7（冯诺依曼结构）

n ARM9（哈佛体系结构）

n ARM9E（哈佛体系结构）

n ARM10E

n SecurCore

冯诺依曼结构指数据空间和地址空间不分开；哈佛结构数据空间和地址空间是分开的

l 操作系统指令执行的三个阶段

n 1、获得指令

n 2、分析指令

n 3、执行指令

l 代码密度：就是处理完成一个完整的操作,需要的指令条数，按字节计算 越少效率越高

l MMU(Memory Management Unit)：存储器管理单元。P176

存储器管理单元MMU主要完成以下工作：

虚拟存储空间到物理存储空间的映射；

存储器访问权限的控制；

设置虚拟存储空间的缓冲的特征。

MMU可以将某些地址变换条目锁定在快表【TLB（translation lookaside buffer）】中，从而使得进行与该地址变换条目相关的地址变换速度保持很快。MMU可以将整个存储空间分为最多16个域。

功能：将虚拟地址映射为物理地址；提供硬件机制的内存访问授权。

l ARM的寻址方式

n 立即数寻址

n 寄存器寻址

n 寄存器移位寻址

n 寄存器间接寻址

n 多寄存器寻址

n 基址变址寻址

n 相对寻址

n 堆栈寻址

n 块拷贝寻址

l 嵌入式系统/操作系统？主要由哪几部分组成

嵌入式系统的组成部分：

n 嵌入式处理器 （ARM，MIPS，PowerPC）

n 外围设备（存储器 接口）

n 嵌入式操作系统

n 应用软件

l ARM的最小系统，画出框图，并说明。

1. ARM芯片。

2. 电源电路、复位电路，晶振电路。

电源电路：S3C4510B及部分外围器件的工作电压为3.3V，还有部分外围器件的工作电压为5V，因此整个最小系统需要两组工作电压，即： 3.3V和5V。5V电压由外部电源引入， 3.3V电压由5V转3.3V 的DC－DC转换器获得

复位电路：复位电路完成系统的上电复位和系统在运行时的按键复位功能。复位电路可由简单的RC电路构成，也可使用其他的相对较复杂，但功能更完善的电路完成。

晶振电路：晶振电路用于向CPU提供工作时钟。

3. 存储器（FLASH和SDRAM）

4. UART接口电路。

UART接口电路用于TTL电平与RS232电平之间的转换。常用的UART接口芯片为MAXIM公司生产的MAX232。

5. JTAG调试接口。

利用ARM处理器中的调试模块的功能，通过其JTAG边界扫描口来与仿真器连接，以达到对芯片内部的工作状态进行监控的目的。

结构框图：

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l ADS 由哪几部分组成及其主要功能。

ADS（ARM Developer Suite），即ARM开发工具。ADS由命令行开发工具，ARM时实库，GUI开发环境(Code Warrior和AXD)，实用程序和支持软件组成。

功能：ADS 是全套的实时开发软件工具，包编译器生成的代码密度和执行速度优异。可快速低价地创建ARM 结构应用。

l ARM与Thumb指令集的联系与区别。

Thumb指令集是将ARM指令集的 子集重新编码形成的一个指令集。ARM指令长度为32位，Thumb指令长度位为16位。这样，使用Thumb指令集可以得到密度更高的代码，这对于需要严格控制产品成本的设计是非常有意义的。

与ARM指令集相比，Thumb指令集具有以下局限:

n 完成相同的操作，Thumb指令通常需要更多的指令。因此，在对系统运行时间要求苛刻的应用场合，ARM指令集更为合适。

n Thumb指令集没有包含进行异常处理时需要的一些指令。因此在异常中断的低级处理时，还需要使用ARM指令。这种限制决定了Thumb指令需要和ARM指令配合使用。对于支持Thumb指令的ARM体系版本，使用字符T来表示。

l Vxworks的开发平台是 tornado 。

l EVC

EVC，以太网虚连接（Ethernet Virtual Connection），与ATM技术中的PVC/SVC的概念是非常类似的。EVC是描述一种端到端的概念，我们可以把它想象成逻辑管道，以太网帧一旦进入到管道中，是不会泄露的，除非从管道的另一个口子出来。

l 大端/小端模式

n 大端模式：

所谓的大端模式，是指数据的低位（就是权值较小的后面那几位）保存在内存的高地址中，而数据的高位，保存在内存的低地址中，这样的存储模式有点儿类似于把数据当作字符串顺序处理：地址由小向大增加，而数据从高位往低位放；

n 小端模式：

所谓的小端模式，是指数据的低位保存在内存的低地址中，而数 据的高位保存在内存的高地址中，这种存储模式将地址的高低和数据位权有效地结合起来，高地址部分权值高，低地址部分权值低，和我们的逻辑方法一致。

l I²C    SPI 特性

I²C（Inter－Integrated Circuit）总线是由PHILIPS公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。是微电子通信控制领域广泛采用的一种总线标准。它是同步通信的一种特殊形式，具有接口线少，控制方式简单，器件封装形式小，通信速率较高等优点。

SPI：高速同步串行口。是一种标准的四线同步双向串行总线。

l ARM对异常中断响应及返回过程。

u 对异常中断的响应过程：

n 保存处理器当前状态，中断屏蔽位以及各条件标志位。这是通过将当前程序状态寄存器CPSR的内容保存到要执行的异常中断对应SPSR寄存器中实现的。各异常中断有自己的物理SPSR寄存器。

n 设置当前程序状态寄存器CPSR中的相应位。包括：设置CPSR中的位，使处理器进入相应的执行模式；设置CPSR中的位，禁止IRQ中断，当进入FIQ模式时，禁止FIQ中断。

n 将寄存器lr_mode设置成返回地址。

n 将程序寄存器值（PC），设置该异常中断的中断向量地址，从而跳转到相应的异常处理程序处执行。

u 返回过程：

n 恢复被中断的处理器状态，即将SPSR_mode寄存器内容复制到CPSR中。

n 返回到发生异常中断指令的下一条指令处执行，即将lr_mode寄存器的内容复制到程序计数器PC中

l ARM处理器模式

n 用户模式(User)

n 快速中断模式(FIQ)Fast Interrupt Request

n 外部中断模式(IRQ) Interrupt Request

n 特权模式(Supervisor)

n 数据访问中止模式(Abort)

n 未定义指令中止模式(Undefined)

n 系统模式(System)

l 在嵌入式OS中对I/O接口芯片有哪些寻址方式

n I/O端口寻址方式有两种:一种是存储器映射方式,即把端口地址与存储器地址统一编址;另一种是I/O映射方式,即把I/O端口地址与存储器地址分别进行独立的编址.CPU对输入输出设备的访问采用按地址访问的形式,即先送地址码,以确定访问的具体设备,然后进行信息交换.因此,各种外设都要进行编址.目前有两种编址方式:独立编址与存储器统一编址.

n 执行ARM 系统I/O 功能的标准方法是使用存储器映射的I/O。装载或保存I/O 值时，使用提供给I/O 功能的特殊存储器地址。通常，从存储器映射的I/O 地址装载用于输入，而保存到存储器映射的I/O 地址则用于输出。装载和保存都可用于执行控制功能，用于取代它们正常的输入或输出功能。存储器映射的I/O 位置的动作通常不同于正常的存储器位置的动作。例如，正常存储器位置的两次连续装载每次都会返回相同的值，除非中间插入了保存的操作。对于存储器映射的I/O 位置，第二次装载返回的值可以不同于第一次返回的值。因为第一次装载的副作用（例如从缓冲区移走已装载的值）或是因为插入另一个存储器映射I/O 位置的装载和保存的副作用。

l 什么是快速上下文切换技术

n 快速上下文切换技术通过修改系统中不同进程的虚拟地址，避免在进程间切换时造成的虚拟地址到物理地址的重映射，从而提高系统的性能。FCSE（Fast Context Switch Extension，快速上下文切换）位于CPU和MMU之间，如果两个进程使用了同样的虚拟地址空间，则对CPU而言，两个进程使用了同样的虚拟地址空间。快速上下文切换机构对各进程的虚拟地址进行变换，这样系统中除了CPU之外的部分看到的是经过快速上下文切换机构变换的虚拟地址。快速上下文切换机构将各进程的虚拟空间变换成不同的虚拟空间，这样在进行进程间切换时就不需要进行虚拟地址到物理地址的重映射。

l 什么是进程切换

n 进行进程切换就是从正在运行的进程中收回处理器，然后再使待运行进程来占用处理器。这里所说的从某个进程收回处理器，实质上就是把进程存放在处理器的寄存器中的中间数据找个地方存起来，从而把处理器的寄存器腾出来让其他进程使用。

l 基于嵌入式LINUX开发流程和步骤

n 建立开发环境：操作系统一般使用RedHat-Linux，下载相应的GCC交叉编译器进行安装或者安装产品厂家提供的交叉编译器。

n 配置开发主机：配置MINICOM，一般的参数为波特率为115 200bps，数据位为8位，停止位为1，无奇偶校验，软件硬件流控设为无。配置网络，主要是配置NFS 网络文件系统，需要关闭防火墙，简化嵌入式网络调试环境设置过程

n 建立引导装载程序BOOTLOADER：从网络上下载一些公开源代码的BOOTLOADER，如U-BOOT、BLOB、VIVI、LILO、ARM-BOOT、RED-BOOT等，根据自己具体的芯片进行移植修改。

n 下载别人已经移植好的Linux操作系统

n 建立根文件系统：从www.busybox.net下载使用BUSYBOX软件进行功能裁减，产生一个最基本的根文件系统，再根据自己的应用需要添加其他程序。根文件系统在嵌入式系统中一般设为只读，需要使用mkcramfs、genromfs等工具产生烧写映像文件。

n 建立应用程序的Flash磁盘分区

n 一般使用JFFS2或YAFFS文件系统，这需要在内核中提供这些文件系统的驱动，有的系统使用一个线性Flash（NOR型）512KB～32MB，有的系统使用非线性Flash（NAND型）8～512MB，有的两个同时使用，需要根据应用规划Flash的分区方案。

n 开发应用程序

n 应用程序可以放入根文件系统中，也可以放入YAFFS、JFFS2文件系统中，有的应用不使用根文件系统，直接将应用程序和内核设计在一起，这有点类似于μCOS-II的方式。

n 烧写内核、根文件系统、应用程序

n 发布产品

次要：

u ARM处理器的几种工作状态/工作方式。

ARM处理器的工作状态一般分为两种，并可在两种状态间切换 ：

第一种为ARM状态：此时ARM处理器执行32位的字对齐的ARM指令。

第二种为Thumb状态：此时ARM处理器执行16位的，半字对齐的Thumb指令。

u 存储系统的存取方式。（大端/小端格式）

u 写出五种及以上嵌入式操作系统名称及其特点。

n μCLinux

n μC/OS

n Windows CE

n VxWorks

n Palm OS

n QNX

u 什么叫同步、异步、系统监视定时。

n 在同步定时协议中，事件出现在总线上的时刻由总线时钟信号来确定。由于采用了公共时钟，每个功能模块什么时候发送或接收信息都由统一时钟规定，因此，同步定时具有较高的传输频率。

同步定时适用于总线长度较短、各功能模块存取时间比较接近的情况。

n 在异步定时协议中，后一事件出现在总线上的时刻取决于前一事件的出现，即建立在应答式或互锁机制基础上。在这种系统中，不需要统一的共公时钟信号。总线周期的长度是可变的。

异步定时的优点是总线周期长度可变，不把响应时间强加到功能模块上，因而允许快速和慢速的功能模块都能连接到同一总线上。但这以增加总线的复杂性和成本为代价。

u 如何将AD/DA与ARM相连。

软件启动：1、定义与AD相关的寄存器。

    2、定义与AD相关的寄存器的初始化。

    3、rADCCON|=0x01；启动AD

硬件启动：1、复位AD转换器相关寄存器

    2、 外接用高电平触发ADCCON[0]

u CPSR（当前程序状态寄存器）——>SPSR（备份程序状态寄存器）

u SWI

n SWI（Software Interrupt），可以直译为软中断（指令），在 RISC OS中使用 SWI 来访问操作系统例程或第三方生产的模块。许多应用使用模块来给其他应用提供低层外部访问。

u ARM7系列包括ARM7TDMI,ARM7TDMI-S……，其中TD代表的意思是。

n ARM7DMI：T表示支持Thumb，D表示支持片上调试 Debug，M表示内嵌硬件乘法器 Multiplier，I表示嵌入式ICE 仿真器，支持片上断点和调试点 in-circuit emulater

u ADS的升级版（realview）