11道嵌入式筆試題，看下你會幾道？
筆試題
筆試題
1. ARM指令和中B和BLX的區(qū)別?
B：跳轉(zhuǎn)執(zhí)行 B 指令的格式為：
- B{條件} 目標地址
B 指令是最簡單的跳轉(zhuǎn)指令。一旦遇到一個B 指令，ARM 處理器將立即跳轉(zhuǎn)到給定的目標地址，從那里繼續(xù)執(zhí)行。
注意存儲在跳轉(zhuǎn)指令中的實際值是相對當前PC 值的一個偏移量，而不是一個絕對地址，它的值由匯編器來計算(參考尋址方式中的相對尋址)。
它是 24 位有符號數(shù)，左移兩位后有符號擴展為 32 位，表示的有效偏移為 26 位(前后32MB 的地址空間)。
舉例：
- B Label ； 程序無條件跳轉(zhuǎn)到標號 Label 處執(zhí)行
- CMP R1 ，＃ 0 ； 當 CPSR 寄存器中的 Z 條件碼置位時，程序跳轉(zhuǎn)到標號 Label 處執(zhí)行
- BEQ Label
BLX
帶鏈接和狀態(tài)切換的跳轉(zhuǎn)。結(jié)合了BX與BL功能。BLX 指令的格式為：
- BLX 目標地址
BLX 指令從ARM 指令集跳轉(zhuǎn)到指令中所指定的目標地址，并將處理器的工作狀態(tài)由ARM 狀態(tài)切換到Thumb 狀態(tài)，該指令同時將PC 的當前內(nèi)容保存到寄存器R14 中。
因此，當子程序使用Thumb 指令集，而調(diào)用者使用ARM 指令集時，可以通過BLX 指令實現(xiàn)子程序的調(diào)用和處理器工作狀態(tài)的切換。
總結(jié)
1、BL 和 BLX 指令可將下一個指令的地址復制到lr(r14，鏈接寄存器)中。2、BX 和 BLX 指令可將處理器的狀態(tài)從 ARM 更改為 Thumb，或從 Thumb 更改為ARM。3、BLX label 無論何種情況，始終會更改處理器的狀態(tài)。4、BX Rm 和 BLX Rm 可從 Rm 的位 [0]推算出目標狀態(tài)。5、如果 Rm 的位 [0] 為 0，則處理器的狀態(tài)會更改為(或保持在)ARM 狀態(tài)。如果 Rm 的位 [0] 為 1，則處理器的狀態(tài)會更改為(或保持在)Thumb 狀態(tài)。
2. ARM處理器體系結(jié)構(gòu)中IRQ發(fā)生時，處理器將執(zhí)行哪些操作?
中斷發(fā)生后，ARM核的操作步驟可以總結(jié)為4大步3小步。
1. 4大步3小步
保存執(zhí)行狀態(tài)：將CPSR復制到發(fā)生的異常模式下SPSR中;
模式切換：
- CPSR模式位強制設置為與異常類型相對應的值，
- 處理器進入到ARM執(zhí)行模式，
- 禁止所有IRQ中斷，當進入FIQ快速中斷模式時禁止FIQ中斷;
保存返回地址：將下一條指令的地址(被打斷程序)保存在LR(異常模式下LR_excep)中。
跳入異常向量表：強制設置PC的值為相應異常向量地址，跳轉(zhuǎn)到異常處理程序中。
2. 步驟詳解
1.保存執(zhí)行狀態(tài)
當前程序的執(zhí)行狀態(tài)是保存在CPSR里面的，異常發(fā)生時，要保存當前的CPSR里的執(zhí)行狀態(tài)到異常模式里的SPSR里，將來異常返回時，恢復回CPSR，恢復執(zhí)行狀態(tài)。
2.模式切換
硬件自動根據(jù)當前的異常類型，將異常碼寫入CPSR里的M[4:0]模式位，這樣CPU就進入了對應異常模式下。不管是在ARM狀態(tài)下還是在THUMB狀態(tài)下發(fā)生異常，都會自動切換到ARM狀態(tài)下進行異常的處理，這是由硬件自動完成的，將CPSR[5] 設置為 0。同時，CPU會關(guān)閉中斷IRQ(設置CPSR 寄存器I位)，防止中斷進入，如果當前是快速中斷FIQ異常，關(guān)閉快速中斷(設置CPSR寄存器F位)。
3.保存返回地址
當前程序被異常打斷，切換到異常處理程序里，異常處理完之后，返回當前被打斷模式繼續(xù)執(zhí)行，因此必須要保存當前執(zhí)行指令的下一條指令的地址到LR_excep(異常模式下LR，并不存在LR_excep寄存器，為方便讀者理解加上_excep，以下道理相同)，由于異常模式不同以及ARM內(nèi)核采用流水線技術(shù)，異常處理程序里要根據(jù)異常模式計算返回地址。
4.跳入異常向量表
該操作是CPU硬件自動完成的，當異常發(fā)生時，CPU強制將PC的值修改為一個固定內(nèi)存地址，這個固定地址叫做異常向量。
3. ARM狀態(tài)與Thumb狀態(tài)的切換指令是什么?舉例說明
概念
ARM狀態(tài) arm處理器工作于32位指令的狀態(tài)，所有指令均為32位
thumb狀態(tài) arm執(zhí)行16位指令的狀態(tài)，即16位狀態(tài)
切換指令
由arm狀態(tài)切換到thumb 狀態(tài)將寄存器的最低位設置為1
BX指令：R0[0]=1，則執(zhí)行BX R0指令將進入thumb狀態(tài)
由thumb狀態(tài)切換到ARM狀態(tài) 寄存器最低位設置為0
BX指令：R0[0]=0，則執(zhí)行BX R0指令將進入arm狀態(tài)
舉例
- AREA Arm_to_Thumb,CODE, READONLY
- ENTRY
- CODE32
- start
- ldr r0,=aaa+1
- mov r3,#18
- bx r0
- CODE16
- aaa
- mov r1,#12
- mov r2,#10
- END
4. 請問ARM支持哪幾種異常類型，請列出其中斷向量地址。
異常源分類
要進入異常模式，一定要有異常源，ARM規(guī)定有7種異常源：
異常向量表是一段特定內(nèi)存地址空間，每種ARM異常對應一個字長空間(4Bytes)，正好是一條32位指令長度，當異常發(fā)生時，CPU強制將PC的值設置為當前異常對應的固定內(nèi)存地址。
異常向量表：
異常向量表
跳入異常向量表操作是異常發(fā)生時，硬件自動完成的，剩下的異常處理任務完全交給了程序員。由上表可知，異常向量是一個固定的內(nèi)存地址，我們可以通過向該地址處寫一條跳轉(zhuǎn)指令，讓它跳向我們自己定義的異常處理程序的入口，就可以完成異常處理了。
正是由于異常向量表的存在，才讓硬件異常處理和程序員自定義處理程序有機聯(lián)系起來。異常向量表里0x00000000地址處是reset復位異常，之所以它為0地址，是因為CPU在上電時自動從0地址處加載指令，由此可見將復位異常安裝在此地址處也是前后結(jié)合起來設計的，不得不感嘆CPU設計師的偉大，其后面分別是其余7種異常向量，每種異常向量都占有四個字節(jié)，正好是一條指令的大小，最后一個異常是快速中斷異常，將其安裝在此也有它的意義，在0x0000001C地址處可以直接存放快速中斷的處理程序，不用設置跳轉(zhuǎn)指令，這樣可以節(jié)省一個時鐘周期，加快快速中斷處理時間。
存儲器映射地址0x00000000是為向量表保留的。在有些處理器中，向量表可以選擇定位在高地址0xFFFF0000處【可以通過協(xié)處理器指令配置】，當今操作系統(tǒng)為了控制內(nèi)存訪問權(quán)限，通常會開啟虛擬內(nèi)存，開啟了虛擬內(nèi)存之后，內(nèi)存的開始空間通常為內(nèi)核進程空間，和頁表空間，異常向量表不能再安裝在0地址處了。
比如Cortex-A8系統(tǒng)中支持通過設置CP15的C12寄存器將異常向量表的首地址放置在任意地址。
5. 在Linux中與外設的通信是層次化的，請畫出外設尋址的分層模型。
本題有點沒整明白在問什么，如果分析有誤，歡迎給我留言。
Linux下一切皆文件，應用程序訪問外設都需要通過驅(qū)動來操作外設。
Linux下設備類型分為：字符設備、塊設備、網(wǎng)絡設備。
架構(gòu)圖參考下圖：
此外題目問畫出外設尋址的分層模型，我想可能是想問如何訪問SDRAM。
如下圖所示，CPU要訪問SDRAM或者flash需要先通過AHB總線，然后再通過外存接口控制器對外存尋址，然后進行數(shù)據(jù)的讀寫。
訪問外存
6. 中斷是嵌入式中重要的組成部分，中斷服務程序通常需要滿足哪些要求?
中斷是嵌入式系統(tǒng)中重要的組成部分，很多外設和cpu的交互都是通過中斷的方式進行。衡量一個OS的實時性很重要的一個特性就是中斷的響應時間，長時間處于中斷狀態(tài)所以中斷反應。一旦進入中斷狀態(tài)，cpu是在占用的，所以必須快速的出中斷，否則會影響整體性能。
中斷服務程序需要滿足如下要求：
- 不能返回值;
- 不能向ISR傳遞參數(shù);
- ISR應該盡可能的短小精悍;
- 要盡快出中斷;
- 耗時的中斷要放到中斷的底半部;
- 中斷不要調(diào)用會因其休眠的函數(shù);
- 通常中斷中不做浮點操作;
- 中斷函數(shù)中不可調(diào)用不可重入的函數(shù)，會引起意想不到的問題。
7. 使用共享資源時，為了使之滿足互斥條件，通常有哪些方法?
共享資源也叫臨界資源，在進程和線程、內(nèi)核下都有自己的同步互斥機制， 僅考慮互斥的話，分開來看：
進程：信號量(值設置為1) 線程：互斥體、信號量(也叫信號燈) 內(nèi)核：原子操作，自旋鎖，信號量，互斥鎖
8. 嵌入式操作系統(tǒng)有哪些同步通信服務?
Linux進程間通信方式主要有
- 信號
- 信號量
- 管道
- 消息隊列
- 共享內(nèi)存
- 套接字(本地的還有域套接字)
9. 請舉例說明什么是可重入函數(shù)與不可重入函數(shù)。
1. 不可重入函數(shù)
在實時系統(tǒng)的設計中，經(jīng)常會出現(xiàn)多個任務調(diào)用同一個函數(shù)的情況。如果有一個函數(shù)不幸被設計成為不可重入這樣：那么不同任務調(diào)用這個函數(shù)時可能修改其他任務調(diào)用這個函數(shù)的數(shù)據(jù)，從而導致不可預料的后果。這樣的函數(shù)是不安全的函數(shù)，也叫不可重入函數(shù)。
滿足下列條件的函數(shù)多數(shù)是不可重入的
- 函數(shù)體內(nèi)使用了靜態(tài)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu);
- 函數(shù)體內(nèi)調(diào)用了malloc()或者free()函數(shù)(malloc和free為不可重入函數(shù));
- 函數(shù)體內(nèi)調(diào)用了標準I/O函數(shù)。
2. 可重入函數(shù)
可重入函數(shù)可以被一個以上的任務調(diào)用，而不必擔心數(shù)據(jù)被破壞。可重入函數(shù)任何時候都可以被中斷，一段時間以后又可以運行，而相應的數(shù)據(jù)不會丟失?？芍厝牒瘮?shù)或者只使用局部變量，即保存在CPU寄存器中或堆棧中;或者使用全局變量，則要對全局變量予以保護
如何寫出可重入函數(shù)在函數(shù)體內(nèi)不訪問那些全局變量，不使用靜態(tài)局部變量，堅持只使用缺省態(tài)(auto)局部變量，寫出的函數(shù)就將是可重入的。如果必須訪問全局變量，記住利用互斥信號量來保護全局變量?；蛘哒{(diào)用該函數(shù)前關(guān)中斷，調(diào)用后再開中斷。Linux常見的可重入函數(shù)
3. 舉例A) 可重入函數(shù)
- void strcpy(char * dest, char * src) {
- while(*dest++=*src++);
- *dest = 0;
- }
B) 不可重入函數(shù)1
- char temp;//全局變量
- void swapchar(char * x, char * y) {
- temp = *x;
- *x=*y;
- *y=temp;//訪問了全局變量
- }
C) 不可重入函數(shù)2
- void swapchar(char * x, char * y) {
- char temp;//局部變量
- temp = *x;
- *x=*y;
- *y=temp;//使用了全局變量
- }
4. 不可重入函數(shù)的使用注意事項
- int Exam = 0;
- unsigned int example( int para )
- {
- unsigned int temp;
- Exam = para; // （**）
- temp = Square_Exam( );
- return temp;
- }
Exam 是 int 型全局變量，函數(shù) Squre_Exam() 返回 Exam 平方值，所以函數(shù)example()不具有可重入性。
此函數(shù)若被多個進程調(diào)用的話，其結(jié)果可能是未知的，因為當 Exam = para語句剛執(zhí)行完后，另外一個使用本函數(shù)的進程可能正好被激活，那么當新激活的進程執(zhí)行到此函數(shù)時，將使 Exam 賦與另一個不同的 para 值，所以當控制重新回到 “temp = Square_Exam( )” 后，計算出的temp很可能不是預想中的結(jié)果。
此函數(shù)應如下改進：
- int Exam = 0;
- unsigned int example( int para )
- {
- unsigned int temp;
- [申請信號量操作] //(1) 加鎖
- Exam = para;
- temp = Square_Exam( );
- [釋放信號量操作] // 解鎖
- return temp;
- }
申請不到“信號量”，說明另外的進程正處于給 Exam 賦值并計算其平方過程中(即正在使用此信號)，本進程必須等待其釋放信號后，才可繼續(xù)執(zhí)行。
若申請到信號，則可繼續(xù)執(zhí)行，但其它進程必須等待本進程釋放信號量后，才能再使用本信號。
5. 可重入函數(shù)
可重入函數(shù)
10. int *fun(void)與int (*fun)(void)區(qū)別?
int *fun(void) fun是一個函數(shù)名，該函數(shù)的參數(shù)是void型，返回值是 int *
int (*fun)(void) fun是一個函數(shù)指針，該指針用于指向一個函數(shù)，函數(shù)的參數(shù)是void型，返回值是 int 即類型如下：
- int function(void)
- {
- return 0;
- }
11. 32位系統(tǒng)上有如下C程序：
- struct person
- {
- int a;
- unsigned short int m;
- char b;
- char *q;
- char c;
- };
- char str[]="yikoulinux";
- char *p = str;
- int n = 10;
則sizeof(str)、sizeof(p)、sizeof(n)、sizeof(int)、sizeof(struct person)的值分別是：
編寫測試程序
- 1 #include <stdio.h>
- 2
- 3 int main(int argc, const char *argv[])
- 4 {
- 5 struct person
- 6 {
- 7 int a;
- 8 unsigned short int m;
- 9 char b;
- 10 char *q;
- 11 char c;
- 12 };
- 13 char str[]="yikoulinux";
- 14 char *p = str;
- 15 int n = 10;
- 16
- 17 struct person pe;
- 18
- 19 printf("sizeof(str):%d sizeof(p):%d sizeof(n):%d sizeof(int):%d sizeof(struct person):%d\n",si
- 20
- 21 printf("%p\n %p\n %p\n %p \n %p \n",
- 22 &pe.a,&pe.m,&pe.b,&pe.q,&pe.c);
- 23 return 0;
- 24 }
編譯執(zhí)行：
- sizeof(str):11 sizeof(p):4 sizeof(n):4 sizeof(int):4 sizeof(struct person):16
- 0xbf917d18
- 0xbf917d1c
- 0xbf917d1e
- 0xbf917d20
- 0xbf917d24
解釋：
