嵌入式软件常用面试题汇总之 ARM 平台开发相关(1)

ARM架构之常考基础知识汇总

这部分还是有可能会问到的，但基本上只要有了解就足够了。

1.ARM内核主要分为哪几类？他们之间有什么区别？

ARM内核主要分为三类，Cortex-A，Cortex-R，Cortex-M三种。

• 特点：支持复杂操作系统（如Linux、Android），提供强大的处理能力和高级功能（如虚拟化、NEON高级SIMD指令集）。

• 特点：强调低延迟和高可靠性，具有较高的确定性和实时性能。

• 特点：低功耗、低成本，设计简洁，适合实时应用和简单控制任务。

2.ARM的工作模式有哪些？特权模式有哪些？异常模式有哪些？

具体的工作模式可能会因ARM架构的版本而有所变化。以下是基于ARMv7-A架构（常用于Cortex-A系列）的工作模式：

• User（用户模式）
• 用途：运行普通应用程序。
• 特点：权限最低，不能直接访问某些系统资源，避免应用程序对系统的破坏。
• FIQ（快速中断模式）
• 用途：处理快速中断请求。
• 特点：比IRQ模式优先级更高，专用寄存器使中断处理更快。
• IRQ（普通中断模式）
• 用途：处理普通中断请求。
• 特点：用于大多数中断处理，相对于FIQ有较低的优先级。
• Supervisor（特权模式）
• 用途：操作系统的内核态运行。
• 特点：具有较高权限，可以访问所有系统资源，通常用于操作系统核心代码。
• Abort（数据访问中止异常）
• 用途：处理数据或指令访问异常。
• 特点：当发生预取中止或数据中止异常时进入该模式，用于异常处理。
• Undefined（未定义指令异常模式）
• 用途：处理未定义的指令。
• 特点：当处理器遇到未定义的指令时进入该模式，用于异常处理。
• System（系统模式）
• 用途：操作系统的内核态运行（和Supervisor模式类似）。
• 特点：与用户模式类似，但具有更高的权限，允许访问更多的系统资源，通常用于操作系统内核中的一些特定任务。
• Monitor（监控模式 安全模式）
• 用途：用于安全扩展（TrustZone）。
• 特点：在安全状态下运行，处理安全相关的任务和管理非安全模式的切换。
• Hyp（虚拟化模式）（ARMv7 Virtualization Extensions引入）
• 用途：虚拟化管理程序（Hypervisor）运行。
• 特点：专用于虚拟化环境，管理多个虚拟机。

除了用户模式都属于特权模式，其中安全模式级别更高一些。

除了用户、系统、安全模式都属于异常模式。

而比较新的ARMv8-A架构则引入了AArch64（64位）模式，同时简化了模式管理：

• EL0（Exception Level 0）：等同于User模式，运行用户应用程序。
• EL1（Exception Level 1）：等同于Supervisor模式，运行操作系统内核。
• EL2（Exception Level 2）：等同于Hyp模式，运行虚拟化管理程序。
• EL3（Exception Level 3）：等同于Monitor模式，处理安全相关任务。

3.介绍下ARM架构常用的寄存器

对于ARMv7架构：

有16个通用寄存器（R0-R15）：

• R0-R12：一般用途寄存器，用于存储临时数据和操作数。
• R13 (SP, Stack Pointer)：栈指针，用于指向当前栈顶。在函数调用和中断处理中非常重要。
• R14 (LR, Link Register)：链接寄存器，用于存储函数调用的返回地址。在函数调用时保存返回地址，函数返回时跳转到该地址。
• R15 (PC, Program Counter)：程序计数器，用于指示下一条指令的地址。用来控制指令的顺序执行。

还有一些专用寄存器，主要用于控制和状态管理：

• CPSR（Current Program Status Register）：当前程序状态寄存器。包含条件标志、控制位和当前模式信息。
• N（Negative）：结果为负数时设置。
• Z（Zero）：结果为零时设置。
• C（Carry）：运算产生进位或借位时设置。
• V（Overflow）：运算产生溢出时设置。
• I（IRQ Disable）：禁用普通中断。
• F（FIQ Disable）：禁用快速中断。
• T（Thumb State）：指示处理器在Thumb状态。
• SPSR（Saved Program Status Register）：保存程序状态寄存器。在异常处理时保存被中断的CPSR内容，以便在异常处理完成后恢复。

对于Armv8架构，引入了AArch64模式，增加了一些新的寄存器：

ARM处理器还有一些用于特定功能的寄存器：

• VFP/NEON寄存器：用于浮点和SIMD运算，提供高性能的浮点和向量处理能力。
• 控制寄存器（Control Registers）：配置处理器的工作模式和特性，包括系统控制寄存器、辅助控制寄存器等。

4.你了解Neon指令吗？

NEON是ARM架构中的一个扩展，NEON扩展提供了用于向量运算的专用寄存器，用于并行处理多个数据元素，提供高效的向量运算能力，用于高性能的多媒体和信号处理应用。 (关键字：SIMD编程，并行计算)

5.ARM架构和x86架构有什么区别？

ARM架构主要是强调低功耗和高能效，适合移动设备、嵌入式系统和物联网设备。近年来，ARM架构也在服务器和高性能计算领域取得进展。

x86架构强调高性能和复杂指令集，适合桌面计算机、服务器和高性能计算应用，拥有成熟的生态系统和广泛的硬件支持。

• 设计理念&指令集
• ARM采用RISC（精简指令集），指令简单且长度固定，旨在提高每条指令的执行效率和处理器的能效，设计目标是低功耗和高能效，非常适合移动设备和嵌入式系统。
• x86架构采用CISC（复杂指令集计算机），指令长度可变，功能强大，适合广泛的计算任务。设计目标是高性能，适合桌面计算机、服务器和高性能计算应用。
• 应用领域
• ARM架构：
• 移动设备：智能手机、平板电脑。
• 嵌入式系统：物联网设备、家电、汽车电子。
• 低功耗设备：智能手表、医疗设备。
• 服务器和高性能计算（最近几年也在进入这些领域）。
• x86架构：
• 桌面计算机：个人电脑、笔记本。
• 服务器：数据中心、高性能服务器。
• 工作站：专业计算和图形处理工作站。
• 游戏和图形处理：高性能游戏机和图形处理设备。

两种架构各有优劣，适用于不同的应用场景。随着技术的发展，ARM和x86架构在各自的领域内不断创新和优化，以满足不断变化的市场需求。

6.一个32位字0x12345678,在采用bigEndian存储，在内存的排列正确的是？

在大端（Big Endian）存储方式中，高位字节存储在内存的低地址处，而低位字节存储在内存的高地址处。

所以答案是0x12345678。

(采用小端的话则是0x78563412)

7.ARM对异常中断的响应过程?

• 保存处理器当前状态、中断屏蔽位以及各条件标志位;
• 设置当前程序状态寄存器CPSR中的相应位;
• 将寄存器lr_mode设置成返回地址;
• 将程序计数器值PC，设置成该异常中断的中断向量地址，跳转到相应 异常中断处执行。