嵌入式面试题-2

常见面试题

1. 请说说ARM微处理器的特点。⭐⭐⭐

   采用RISC架构的ARM微处理器一般具有如下特点：

   1. 体积小、低功耗、低成本、高性能；
   2. 支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集，能很好的兼容8位/16位器件；
   3. 大量使用寄存器，指令执行速度更快；
   4. 大多数数据操作都在寄存器中完成；
   5. 寻址方式灵活简单，执行效率高；
   6. 指令长度固定；

   除此以外，ARM体系结构还采用了一些特别的技术，在保证高性能的前提下尽量缩小芯片的面积，并降低功耗：

   1. 所有的指令都可根据前面的执行结果决定是否被执行，从而提高指令的执行效率。
   2. 可用加载/存储指令批量传输数据，以提高数据的传输效率。
   3. 可在一条数据处理指令中同时完成逻辑处理和移位处理。
   4. 在循环处理中使用地址的自动增减来提高运行效率。
   5. 支持协处理器来扩展ARM的功能

2. 请说说你了解哪些ARM系列，都应用在什么地方？⭐⭐⭐

   ARM7、9、11，Cortex系列、SecurCore系列性能各有千秋，被用于不同的领域之中。

3. SecurCore系列和Cortex系列各自有什么优势？⭐⭐⭐

   1. SecurCore系列：SecurCore系列涵盖了SC100、SC110、SC200和SC210微处理器核。该系列处理器主要针对新兴的安全市场，以一种全新的安全处理器设计为智能卡和其他安全IC开发提供独特的32位系统设计，并具有特定的反伪造方法，从而有助于防止对硬件和软件的盗版。
   2. Cortex系列：Cortex-M3处理能力相当于ARM7，处理器结合了多种突破性技术，令芯片供应商提供超低费用的芯片。该处理器还集成了许多紧耦合系统外设，令系统能满足下一代产品的控制需求。Cortex的优势应该在于低功耗、低成本、高性能3者（或2者）的结合。

4. ARM处理器模式有哪几种？简要介绍一下。⭐⭐⭐⭐⭐

   • 用户模式（Usr，User Mode）：ARM处理器正常的程序执行状态。

   • 快速中断模式（FIQ，Fast Interrupt Request Mode）：用于高速数据传输或通道处理。当触发快速中断时进入此模式。

   • 外部中断模式（IRQ，Interrupt Request Mode）：用于通用的中断处理。当触发外部中断时进入此模式。

   • 管理模式（Svc，Supervisor Mode）：操作系统使用的保护模式。在系统复位或执行软件中断指令SWI时进入。

   • 数据访问中止模式（abt，Abort Mode）：当数据或指令预取中止时进入该模式，可用于虚拟存储及存储保护。

   • 系统模式（sys，System Mode）：运行具有特权的操作系统任务。

   • 未定义指令中止模式（und，Undefined Mode）：当未定义的指令执行时进入该模式，可用于支持硬件协处理器的软件仿真。

   除了用户模式之外，其余六种模式都是特权模式。除了用户模式和系统模式之外，其余五种模式都是异常模式。

5. 说说ARM处理器几种模式切换的过程⭐⭐⭐⭐⭐

   1. 执行软中断（SWI）或复位命令（Reset）指令。如果在用户模式下执行SWI指令，CPU就进入管理（Supervisor）模式。
   2. 有外部中断发生。如果发生了外部中断，CPU就会进入IRQ或FIQ模式。
   3. CPU执行过程中产生异常。最典型的异常是由于MMU保护所引起的内存访问异常，此时CPU会切换到Abort模式。如果是无效指令，则会进入Undefined模式。
   4. 有一种模式是CPU无法自动进入的，这种模式就是System模式，要进入System模式必须由程序员编写指令来实现。因此一般情况下，操作系统在通过SWI进入Supervisor模式后，做一些操作后，就进入System模式。

6. 说说嵌入式中断的流程⭐⭐⭐⭐

   IRQ中断和FIQ中断都属于ARM的异常模式。在ARM系统中，一旦有中断发生，不管是外部中断，还是内部中断，正在执行的程序都会停下来。接下来通常会按照如下步骤处理中断：

   1. 保存现场。保存当前的PC值到R14，寄存器R14常用作链接寄存器（LR，Link Register），当进入子程序时，常用来保存PC（Program Counter，程序计数器） 的返回值。保存PC值后，接着保存当前的程序运行状态到SPSR（Storage Program Status Register，程序状态备份寄存器）。

   2. 模式切换。根据发生的中断类型，进入IRQ模式或FIQ模式。

   3. 获取中断源。以异常向量表保存在低地址处为例，若是IRQ中断，则PC指针跳动0x18处（0x18：LDR PC, IRQ_ADDR）；若是FIQ中断，则跳到0x1C处（0x1c：LDR PC, FIQ_ADDR）。IRQ和FIQ的异常向量地址处一般保存的是中断服务子程序的地址，所以接下来PC指针跳入中断服务子程序处理中断。

   4. 中断处理。

   5. 中断返回，恢复现场。当完成中断服务子程序后，将SPSR中保存的程序运行状态恢复到CPSR（Current Program Status Register，当前程序状态寄存器）中，R14中保存的被中断程序的地址恢复到PC中，继续执行被中断的程序。

7. 特权模式有哪些？异常模式有哪些？⭐⭐⭐⭐⭐

   除了用户模式之外，其余六种模式都是特权模式。除了用户模式和系统模式之外，其余五种模式都是异常模式。

8. 说说DMA⭐⭐⭐⭐

   1. 概念

      为I/O使用一种特殊的直接存储器访问（Direct Memory Access，DMA）芯片，它可以直接控制外围设备的数据流，而无需持续的CPU干预。这样效率就很高了，但对应成本就相对高些，因为DMA是由专门的硬件（ DMA）控制。

   2. 使用场景

      DMA传送主要用于需要高速大批量数据传送的系统中，以提高数据的吞吐量。如磁盘存取、图像处理、高速数据采集系统、同步通信中的收/发信号等方面应用甚广。通常只有数据流量较大(kBps或者更高)的外设才需要支持DMA能力，这些应用方面典型的例子包括视频、音频和网络接口。

   3. 设置

      因为无需CPU干预，那么DMA要进行数据传输就必须有两个条件：数据从