ARM经典的300个问答

### ARM经典的300个问答知识点解析 #### 第1章 体系结构 ##### 第1问：初始化CPU堆栈时的处理器模式 - **问题描述**：在初始化CPU堆栈时，执行`mov r0, LR`这句指令时，处理器处于何种模式？ - **答案解析**：当系统启动或者复位后，ARM处理器会自动进入管理模式（Supervisor Mode），这是ARM处理器的一个特权模式。这意味着在初始化阶段，执行类似`mov r0, LR`这样的指令时，处理器默认处于管理模式。此模式主要用于系统初始化、异常处理等任务。 ##### 第2问：MOV指令中8位图立即数的理解 - **问题描述**：MOV指令中的8位图立即数如何形成？例如`0xF0000001`是如何产生的？ - **答案解析**：在ARM指令集中，为了适应指令长度的限制，某些指令（如MOV）支持使用特殊形式的立即数。这类立即数由一个8位（0-255）的值经过循环左移或右移偶数位得到。 - **具体解释**：`0xF0000001`实际上是从`0x1F`（十进制31）循环右移4位得到的。这是因为ARM指令集的设计限制了立即数的表示方法，使得它可以容纳32位指令的同时保持指令的简洁性。 - **合法常量示例**： - `0x3FC`：由`0xFC`（十进制252）循环左移4位得到。 - `0xF0000000`：由`0xF0`（十进制240）循环右移4位得到。 - `0xF0000001`：由`0x1F`（十进制31）循环右移4位得到。 - **非法常量示例**： - `0x1FE`：不能通过8位值的循环移位获得。 - `0xFFFF`：显然超出了通过8位值循环移位所能达到的范围。 - `0x1010`：同样无法通过8位值的循环移位获得。 - `0xF0000010`：底数为9位，不符合8位位图的要求。 ##### 第3问：《ARM微控制器基础与实战》书中关于#inmed_8r常数表达式的理解 - **问题描述**：书中的描述提到#inmed_8r常数表达式必须对应8位位图，即常数是由一个8位的常数循环移位偶数位得到。并给出了合法与非法常量的例子。 - **答案解析**： - **合法常量与非法常量的区别**： - 合法常量（如`0x3FC`）可以通过一个8位值经过循环移位得到。 - 非法常量（如`0x1FE`）无法通过8位值经过循环移位得到。 - **常数的取值范围**：虽然常数由8位位图生成，但其最终值并不限于0-255之间，而是根据循环移位的结果确定。 - **LDR指令的执行顺序**：对于`LDR R0, [R1], #−4`这条指令，首先读取R1所指单元的内容到R0，然后R1的值减4，并将结果存回R1。这是一种后索引寻址方式。 ##### 第4问：识别代码段处于何种模式的方法 - **问题描述**：在程序移植过程中，如何识别代码段处于何种模式？ - **答案解析**：可以通过读取当前程序状态寄存器（CPSR）来确定处理器的工作模式。CPSR包含了当前处理器模式的信息。无论何时，都可以通过读取CPSR来检查当前处理器所处的模式。 ##### 第5问：为什么在保护现场时只保护特定寄存器 - **问题描述**：为什么保护现场时通常只保护R0-R3、R12，而不保护R4-R11？ - **答案解析**：这种选择依据“ARM/thumb过程调用标准”（AAPCS）。根据AAPCS的规定，R0-R3、R12被认为是调用者保存寄存器，即调用者负责在函数调用前后保存这些寄存器的内容；而R4-R11则是被调用者保存寄存器，被调用的函数可以自由使用这些寄存器。 ##### 第6问：汇编语言中超出操作范围的错误 - **问题描述**：尝试将R1设置为#0x00003DD0时出现错误“out of the range of operation”，这是为什么？ - **答案解析**：在ARM指令集中，某些指令（如MOV）只允许使用特定格式的立即数，这些立即数通常是通过8位位图经过循环移位得到的。由于`0x00003DD0`无法通过这种方式获得，因此无法直接用于MOV指令中作为立即数。 ##### 第7问：“用户可见”的含义及寄存器类型 - **问题描述**：ARM7TDMI(-S)处理器内部有37个用户可见的寄存器，“用户可见”具体含义是什么？这些寄存器是否是物理上不同的寄存器？ - **答案解析**：“用户可见”意味着程序员可以通过软件访问和操作这些寄存器。例如，在不同模式下（如用户模式、管理模式等），R8与R8_FIQ实际上是物理上不同的寄存器，分别用于不同模式下的数据保存。 ##### 第8问：不同模式下的限制 - **问题描述**：在用户模式（USR）、管理模式（SVC）、中断模式（IRQ）下各自有哪些限制？ - **答案解析**：不同模式下，处理器的行为和权限有所不同。 - **用户模式**：不能直接设置CPSR寄存器。此外，用户模式下没有专门的SPSR寄存器。 - **管理模式**：具有完整的特权权限，可以进行系统级的操作。 - **中断模式**：对外设操作的限制取决于具体的硬件设计。一般来说，在中断模式下，可以执行大部分指令，但某些特权指令会被限制。 ##### 第9问：初始化堆栈时决定工作模式的方法 - **问题描述**：在初始化堆栈时如何决定工作模式？ - **答案解析**：初始化堆栈时，可以通过设置CPSR寄存器来决定处理器的工作模式。具体来说，设置CPSR的模式位可以改变处理器的当前模式，从而实现对工作模式的选择。 ##### 第10问：汇编程序设计中的“文字池” - **问题描述**：在ARM汇编程序设计中，“文字池”是指什么？ - **答案解析**：文字池可以理解为一组预定义的常量集合，这些常量可以是数值、字符串或其他形式的数据。在汇编程序中，文字池通常用于存储常量数据，以便程序可以在需要时引用这些数据。文字池中的常量可以被多次引用，有助于减少代码大小。 ##### 第11问：中断向量表中的LDR指令 - **问题描述**：为什么在中断向量表中不直接使用LDR PC, "异常地址"，而是先使用一个标号，然后再在后面使用DCD定义这个标号？ - **答案解析**：LDR指令在ARM指令集中有一定的限制，它只能跳转到当前PC的4KB范围内。为了实现更远距离的跳转，通常会在LDR PC, "xxxx"这条指令不远处使用"xxxx" DCD定义一个字，该字中存放着实际异常服务程序的地址。这种方法可以实现4GB全范围的跳转，而不仅仅局限于4KB范围内。 ##### 第12问：ARM7TDMI-S和ARM7的对比 - **问题描述**：ARM7TDMI-S和ARM7有何区别？ - **答案解析**：ARM7TDMI-S是ARM7TDMI的一种改进版本，主要区别在于增强了安全性方面的能力。ARM7TDMI-S增加了支持安全特性（Security Extensions），使得设备可以在安全模式和非安全模式之间切换，提高了系统的整体安全性。同时，ARM7TDMI-S还可能包括其他微架构上的改进，以提高性能或降低功耗。 通过以上问题的详细解析，我们不仅了解了ARM体系结构的基础概念，还深入探讨了一些高级特性，这对于理解和应用ARM技术非常有帮助。