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第2章 ARM技术与ARM体系结构
1.简述ARM处理器内核调试结构原理
答：ARM处理器一般都带有嵌入式追踪宏单元ETM（Embedded Trace Macro），它是ARM公司自己推出的调试工具。ARM处理器都支持基于JTAG（Joint Test Action Group 联合测试行动小组）的调试方法。它利用芯片内部的Embedded ICE来控制ARM内核操作，可完成单步调试和断点调试等操作。当CPU处理单步执行完毕或到达断点处时，就可以在宿主机端查看处理器现场数据，但是它不能在CPU运行过程中对实时数据进行仿真。
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ETM解决了上述问题，能够在CPU运行过程中实时扫描处理器的现场信息，并数据送往TAP（Test Access Port）控制器。上图中分为三条扫描链（图中的粗实线），分别用来监视ARM核，ETM，嵌入式ICE的状态。
1. 分析ARM7TDMI-S各字母所代表的含义。 答：ARM7 T D M I – S 中
ARM是Advanced RISC Machines的缩写 7是系列号；
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18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39
T：支持高密度16位的Thumb指令集； D：支持JTAG片上调试；
M：支持用于长乘法操作（64位结果）ARM指令，包含快速乘法器；； I：带有嵌入式追踪宏单元ETM，用来设置断点和观察点的调试硬件； S：可综合版本，意味着处理器内核是以源代码形式提供的。这种源代码形式又可以编译成一种易于EDA工具使用的形式。
2.
ARM处理器的工作模式有哪几种，其中哪些为特权模式，哪些为异
常模式，并指出处理器在什么情况下进入相应的模式。
答：ARM技术的设计者将ARM处理器在应用中可能产生的状态进行了分类，并针对同一类型的异常状态设定了一个固定的入口点，当异常产生时，程序会自动跳转到对应异常入口处进行异常服务。
1．用户模式：非特权模式，也就是正常程序执行的模式，大部分任务在这种模式下执行。在用户模式下，如果没异常发生，不允许应用程序自行改变处理器的工作模式，如果有异常发生，处理器不会自动切换工作模式
2．FIQ模式：也称为快速中断模式，支持高速数据传输和通道处理，当一个高优先级(fast)中断产生时将会进入这种模式。
3．IRQ模式：也称为普通中断模式，:当一个低优先级(normal)中断产生时将会进入这种模式。在这模式下按中断的处理器方式又分为向量中断和非向量中断两种。通常的中断处理都在IRQ模式下进行。
4．SVC模式：称之为管理模式，它是一种操作系统保护模式。当复
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位或软中断指令执行时处理器将进入这种模式。
5．中止模式：当存取异常时将会进入这种模式，用来处理存储器故障、实现虚拟存储或存储保护。
6．未定义指令异常模式：当执行未定义指令时会进入这种模式，主要是用来处理未定义的指令陷阱，支持硬件协处理器的软件仿真，因为未定义指令多发生在对协处理器的操作上。
7．系统模式：使用和User模式相同寄存器组的特权模式，用来运行特权级的操作系统任务。
在这7种工作模式中，除了用户模式以外，其他6种处理器模式可以称为特权模式，在这些模式下，程序可以访问所有的系统资源，也可以任意地进行处理器模式的切换。
在这6种特权模式中，除了系统模式外的其他5种特权模式又称为异常模式，每种异常都对应有自己的异常处理入口点。
3. 分析程序状态寄存器（PSR）各位的功能描述，并说明C,Z,N,V在什
么情况下进行置位和清零。 答：
58 59
条件位：
3
60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77
N = 1-结果为负, 0-结果为正或0 Z = 1-结果为0, 0-结果不为0 C =1-进位， 0-借位 V =1-结果溢出， 0结果没溢出
Q 位：
仅ARM 5TE/J架构支持 指示增强型DSP指令是否溢出
中断禁止位：
I = 1: 禁止 IRQ. F = 1: 禁止 FIQ.
T Bit
仅ARM xT架构支持
T = 0: 处理器处于 ARM 状态 T = 1: 处理器处于 Thumb 状态
Mode位(处理器模式位):
0b10000 User 0b10001 FIQ 0b10010 IRQ
4
78 79 80 81 82 83 84 85 86 87
0b10011 Supervisor 0b10111 Abort 0b11011 Undefined 0b11111 System
4. 简述ARM处理器异常处理和程序返回的过程。
答：只要正常的程序流被暂时中止，处理器就进入异常模式。例如响应一个来自外设的中断。在处理异常之前，ARM7TDMI内核保存当前的处理器状态，这样当处理程序结束时可以恢复执行原来的程序。如果同时发生两个或更多异常，那么将按照固定的顺序来处理异常。
异常或入口 返回指令 处理器模式 优先级 向量表偏移 BL MOV PC,R14 SWI MOVS PC,R14_svc SVC 6 0x00000008 未定义的指MOVS PC,R14_und UND 令 6 0x00000004 SUBS 预取指中止 PC,R14_abt,#4 ABT 5 0x0000000C 5
最新《ARM嵌入式系统结构与编程》第二章课后答案
