第三章《嵌入式系统原理与实践》--沈建华王慈清华大学出版社课后部分习题个人答案

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#单片机 #嵌入式硬件

于 2023-02-07 21:29:14 首次发布

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文章详细介绍了ARM处理器支持的多种寻址方式，包括立即寻址、寄存器寻址、移位寻址、间接寻址、基址寻址、相对寻址和多寄存器寻址。还讨论了ARM指令的条件码，以及一些特定指令的含义，如SUB、MCRP和MLA。此外，文章还涵盖了堆栈操作，包括满堆栈、空堆栈和递增/递减堆栈的概念，并演示了一个简单的堆栈排序算法示例。

第三章 3.2 3.3 3.4 3.6 3.8 3.9 3.12

第三章2，3，4，6，8，9，12

3.2

ARM 处理器支持几种基本寻址方式？举例并分别说明。

立即寻址，立即数寻址
操作数紧跟在操作码后面，与操作码一起放在指令代码段中

MOV R0, #0001 立即数0001放入寄存器R0中
寄存器寻址
操作数的值存在寄存器，指令中给出寄存器编号，执行时拿出寄存器的值操作

MOV R1, R2 R2值存入R1
寄存器移位寻址
类似寄存器寻址，但是加了一步位移操作

MOV R1, R2, LSL #2 R2左移两位存入R1
寄存器间接寻址
给出通用寄存器编号，把寄存器里面的数据指向的储存单元的数据赋值给另一个寄存器

LOD R1,[R2] R2内部数据直接给R1
基址寻址
类似寄存器间接寻址，但加了一个立即数。寄存器里面的 数据 + 立即数表示的偏移量指向的储存单元的数据赋值给另一个寄存器

LOD R1, [R2 + 100] R2+100地址的数据给到R1
相对寻址
对寻址，相对寻址和基址变址寻址方式类似，以程序计数器PC 的当前值作为基地址，指令中的地址标号作为偏移量，将两者相加之后得到操作数的有效地址。
```
BEQ LOOP
LOOP:
```
此处跳转到LOOP使用相对寻址
多寄存器寻址，多寄存器寻址可以实现一条指令完成多个寄存器值的传送

LDMIA R0, {R1, R2, R3, R4}
意思为 $R1\leftarrow [R0] R2\leftarrow [R0+4]$ 依此类推
堆栈寻址，堆栈使用一个叫作堆栈指针的专用寄存器指示当前操作位置，堆栈指针总是指向栈顶，堆栈由低地址像高地址生成时递增堆栈；堆栈由高到低为递减堆栈
```
STMFD SP!,{R1-R7, LR}   ;R1`R7,RL入栈 
LDMFD SP!,{R1-R7, LR}   ;出栈
```

3.3

ARM指令条件码是啥？默认天骄吗是啥，距离ARM指令条件码对指令执行影响

ARM指令基本格式
<opcode>{<cond>}{S}<Rd>,<Rn>,{<Op2>}

其中{<cond>}表示一个可选条件吗默认为1110，即无条件执行，如跳转指令B可以加上后缀EQ变BEQ，表示相等即跳转

3.4

解释说明指令含义

    1. SUB R0, R1, #256
    2. MCR P3, 3, R0, C4, C5, 6
    3. MLAS R0, R1, R2, R3

RO = R1 - 256
P3(协处理器)把C4和C5经过3操作结果放入R0

MCR指令将ARM处理器的寄存器中的数据传送到协处理器的寄存器中。如果协处理器不能成功地执行该操作，将产生未定义的指令异常中断
详细内容参考ARM汇编指令MCR/MRC学习
R0 = R1 * R2 + R3(参考62页)

3.6

即使B指令、BL、BX指令差别并举例使用方法

B指令是分支指令，BL带链接，BX带状态转换（page 64）

B指令跳转在 $2^{26}B = 64MB$ (32位指令占6位)

B WAITA 跳转到WAITA标号处
BL实现跳转且把跳转前PC值存入到LR中，范围同B，

BL DELAY跳转到DELAY处且把PC-4存入LR中
BX带状态切换
BX R1跳到R1的地址，并查看R1[0]位。目标地址处的指令既可以是ARM 指令(R1[0] == 0, 对CPSR的T位清零，，也可以是Thumb指令(R1[0]==1 设置T位1))
汇编跳转指令B、BL、BX、BLX 和 BXJ的区别

3.8

解释满、空、递增、递减堆栈以及ARM如何支持

满堆栈：堆栈指针SP指向最后压入堆栈的数据
空堆栈：SP指向下一个将要放入数据的空位置
递增堆栈：堆栈从低地址到高地址生产
递减堆栈：堆栈从高地址到低地址生成

通过LDM、STM以及8个可选类型在堆栈进行读写数据操作（page 54）

3.9

鉴定指令是否正确

MOVS R1, 101

101前未加#号，应为#101
MVN R1, #0X10F correct
STMDA R11, {R2 - R8} !

! 表示数据要写进去的寄存器，所以表示R11储存进占后会存放进R2~R8中的所有寄存器，显然这是错误的。
ADD R0!, R2, #4 correct
LDR R4. [R5]!

LDR存储单个寄存器，根据page 54应去掉!
MRS PC. CPSR

MRS吧CPSR存入通用寄存器中，不包括PC（R15）
(Page 70)
LDMFDS R0!, {R5 - R8, R2} correct
ADD R3, [R3], R7

ADD不访问存储器，应该去掉[]
LDR R11, [R15, R8]! correct，R15+18存入R11，且R15 = R15 + R8

参考LDR指令

3.12

ARM有连续存放的数据，起始地址0x0332,数据块大小50对内部数据降序排序

AREA Reset, DATA, READONLY      ;Reset是默认的入口地址
    DCD 0X12345678      ;参加从0x80000000开始运行且将后4字节内容分给栈指针
;定义0x12345678方便观察
;DCD一般用于为特定的数据分配存储单元，同时可完成已分配存储单元的初始化
    DCD Reset_Handler   ;定义标号，作为输出
    AREA CODE_SEGMENT, CODE, READONLY;声明此处到END是一个代码段


Reset_Handler proc      ;初始化部分
;proc是定义子程序的伪指令，位置在子程序的开始处，它和endp分别表示子程序定义的开始和结束两者必须成对出现
    export Reset_Handler [weak];拷贝到SRAM
    MOV R0, #0X0332
    LDR R1, =ARRAY  ;ARRAY在最后
    MOV R5, #49     ;标号从0开始
    MOV R2, #0


COPY
    CMP R2, R5      ;32位数比较
    BGT SORT        ;大于跳转（Branch if Greater Than）调用SORT
    LDR R3, [R1, R2];R1+R2地址处数据读出保存到R1
    STR R3, [R0, R2];把寄存器的值存到一个内存的虚地址内间——按字长大小拷贝，指定内存地址
    ADD R2, #4;按字长(4字节)大小拷贝
    B COPY


SORT 
    MOV R2, #0
LOOP
    MOV R1, R2
    CMP R1, R5
    BEQ EXIT        ;完成一轮排序
    ADD R2, R1 #1
    LDRB R3, [R0, R1];单字节内存载入寄存器
    LDRB R4, [R0, R2]
    CMP R3 R4
    BGE LOOP; R3>=R4跳转到LOOP否则交换R3R4的内存
    STRB R4, [R0, R1]   ;字节数据存储指令
    STRB R3, [R0, R2]
    B LOOP
EXIT
    SUBS R5, #1     ;R5>0未完成所有排序，跳转SORT
    BGT SORT
    NOP
    ENDP        ;回去


ARRAY DCB
1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49,50
;DCB 分配一段字节的内存单元，其后的每个操作数都占有一个字节，操作数可以为-128～255的数值或字符串
END