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嵌入式学习日记（42）ARM

news 2025/9/9 13:08:45

什么是RISC, CISC? ARM属于哪种？
- CISC (复杂指令集计算机)：指令系统复杂，指令长度不固定，单条指令可完成复杂操作，但执行效率可能较低。代表：Intel x86架构。
- RISC (精简指令集计算机)：指令系统精简，指令长度固定，采用流水线技术，追求单周期执行指令，效率高。ARM属于RISC架构。
ARM内核中都有哪些部分组成？
- 核心组成部分通常包括：
  - 算术逻辑单元(ALU)：执行运算。
  - 寄存器组：用于存储数据和指令。
  - 控制单元：控制指令的执行和流水线。
  - 流水线：提高指令执行效率。
  - 内存管理单元(MMU)或内存保护单元(MPU)：管理内存访问和保护（MMU用于实现虚拟内存）。
ARM9有多少种工作模式？Cortex A有几种？名称和作用？
- ARM9 (基于ARMv5架构) 有 7种工作模式：
  1. 用户模式 (User)：正常程序执行模式，权限受限。
  2. 快速中断模式 (FIQ)：处理高速数据传输、通道处理等快速中断。
  3. 外部中断模式 (IRQ)：处理普通中断请求。
  4. 管理模式 (Supervisor)：操作系统保护模式，复位和软中断指令进入。
  5. 中止模式 (Abort)：处理内存访问失败（预取指中止、数据中止）。
  6. 未定义模式 (Undefined)：处理未定义指令异常。
  7. 系统模式 (System)：运行特权级操作系统任务（ARMv4及以上版本才有）。
- Cortex-A (如A8/A9, 基于ARMv7-A架构) 有 8种工作模式（增加了1种）：
  1. 用户模式 (User)
  2. 快速中断模式 (FIQ)
  3. 外部中断模式 (IRQ)
  4. 管理模式 (Supervisor)：也是复位和软件中断（SVC）的入口。
  5. 监视模式 (Monitor)：这是新增的模式，用于实现安全扩展（TrustZone），在安全世界和非安全世界之间切换。
  6. 中止模式 (Abort)
  7. 未定义模式 (Undefined)
  8. 系统模式 (System)
ARM9、Cortex A有多少个寄存器？
- 寄存器数量与架构版本和工作模式相关，程序员可见的通常是 37个（32个通用寄存器 + 5个状态寄存器，不包括PC）。
- 不同模式下有自己专属的备份寄存器（Banked Registers），但总数是37个。这个数量在ARM9 (ARMv5) 和 Cortex-A (ARMv7-A) 中是相同的。
当异常产生时，ARM内核会做哪些工作？
1. 将下一条指令的地址保存到相应异常模式下的链接寄存器LR(R14)中。
2. 将当前程序状态寄存器CPSR复制到异常模式下的程序状态保存寄存器SPSR中。
3. 根据异常类型，强制改变CPSR中的模式位，进入特定的异常模式（如IRQ、FIQ等）。
4. 强制将PC指针指向异常向量表中对应的异常入口地址。
5. 禁止中断（如果需要，例如自动禁止IRQ以防止嵌套中断）。
什么是异常向量表？
- 异常向量表是一块固定的内存地址区域（通常位于地址0x00000000或高端地址0xFFFF0000）。
- 表中每一项存放的是一条跳转指令或者一个异常入口地址，对应一种特定的异常（如复位、未定义指令、IRQ、FIQ等）。
- 当异常发生时，处理器会自动跳转到向量表中对应的固定位置开始执行指令。