一、ARM理论相关问题
1. ARM内核中包含的器件及其作用
主要功能单元：
| 器件 | 作用 | 位置（是否在内核中） |
|---|---|---|
| ALU（算术逻辑单元） | 执行算术和逻辑运算 | 内核内部 |
| 寄存器组 | 32个通用寄存器，快速数据存取 | 内核内部 |
| CPSR/SPSR | 当前/保存的程序状态寄存器 | 内核内部 |
| MMU（内存管理单元） | 虚拟内存到物理内存的转换 | 内核内部（Cortex-A） |
| Cache（高速缓存） | L1指令/数据缓存，提高访问速度 | 内核内部 |
| TLB（转换旁路缓冲） | 加速虚拟地址转换 | 内核内部 |
| 流水线 | 3-13级流水线，提高指令吞吐量 | 内核内部 |
| NEON（SIMD单元） | 单指令多数据，加速多媒体处理 | 可选，Cortex-A |
| VFP（浮点单元） | 硬件浮点运算 | 可选，Cortex-A |
| ETM（嵌入式跟踪宏单元） | 实时指令跟踪 | 可选 |
| PMU（性能监控单元） | 性能计数和监控 | 可选 |
| GIC（通用中断控制器） | 集中式中断管理 | 外部（通常集成在SoC） |
2. ARM内核工作模式与异常向量表
ARM工作模式（7种）：
| 模式 | 编码 | 用途 | 备注 |
|---|---|---|---|
| User（用户模式） | 0b10000 | 正常程序执行 | 非特权模式 |
| FIQ（快速中断） | 0b10001 | 快速中断处理 | 高优先级中断 |
| IRQ（普通中断） | 0b10010 | 普通中断处理 | 通用外设中断 |
| Supervisor（管理模式） | 0b10011 | 操作系统内核 | 复位/软中断入口 |
| Abort（中止模式） | 0b10111 | 内存访问异常 | 页错误/权限错误 |
| Undefined（未定义模式） | 0b11011 | 未定义指令 | 指令解码失败 |
| System（系统模式） | 0b11111 | 特权操作系统任务 | 使用用户模式寄存器 |
异常向量表：
@ ARM异常向量表（基地址通常为0x00000000或0xFFFF0000）
Vector_Table:
LDR PC, Reset_Addr @ 0x00: 复位异常
LDR PC, Undefined_Addr @ 0x04: 未定义指令异常
LDR PC, SWI_Addr @ 0x08: 软件中断(SWI)
LDR PC, Prefetch_Addr @ 0x0C: 预取中止
LDR PC, DataAbort_Addr @ 0x10: 数据中止
NOP @ 0x14: 保留
LDR PC, IRQ_Addr @ 0x18: IRQ中断
LDR PC, FIQ_Addr @ 0x1C: FIQ中断作用：
-
异常入口：每个异常类型对应固定的地址
-
快速响应：硬件自动跳转到对应地址
-
模式切换：进入异常时自动切换处理器模式
-
上下文保存：自动保存CPSR到SPSR_<mode>
二、ARM汇编相关问题
1. 什么是立即数？如何判断12位立即数？
立即数：直接编码在指令中的常数数值
ARM中12位立即数的构成 ：8位数据 + 4位循环右移值
-
合法立即数 = 8位数据循环右移(2×n)位，n=0-15
-
范围：0-255 × 2^(0-30)，步长为2的偶次幂
判断方法：
// C语言判断函数
int is_legal_immediate(uint32_t val) {
uint32_t temp;
for(int i = 0; i < 32; i += 2) {
temp = (val >> i) | (val << (32 - i)); // 循环右移i位
if((temp & 0xFF) == temp) { // 低8位是否等于自身
return 1; // 是合法立即数
}
}
return 0; // 不是合法立即数
}
// 示例：
// 0xFF（合法） -> 0xFF循环右移0位
// 0x104（合法） -> 0x41循环右移30位
// 0x101（不合法） -> 无法用8位表示2. b, bl, bx指令的区别
| 指令 | 功能 | 用途 | 链接寄存器 |
|---|---|---|---|
| B（Branch） | 无条件跳转 | 局部跳转，±32MB范围 | 不保存返回地址 |
| BL（Branch with Link） | 带链接的跳转 | 函数调用，保存返回地址到LR | LR = 下一条指令地址 |
| BX（Branch and eXchange） | 带状态切换的跳转 | 切换ARM/Thumb状态 | 目标地址最低位=1则切换到Thumb |
@ 示例：
b label @ 简单跳转到label
bl function @ 调用function函数，LR保存返回地址
bx r0 @ 跳转到r0指向的地址，可切换状态3. ARM内核采用的栈类型
ARM支持四种栈类型：
| 栈类型 | SP变化方向 | 满/空栈 |
|---|---|---|
| FD（Full Descending） | 递减 | 满栈（最常用） |
| ED（Empty Descending） | 递减 | 空栈 |
| FA（Full Ascending） | 递增 | 满栈 |
| EA（Empty Ascending） | 递增 | 空栈 |
ARM标准使用FD栈（满递减栈）：
-
满栈：SP指向最后一个入栈的数据
-
递减：SP向低地址增长
-
对应汇编指令：
STMFD/LDMFD
4. CPSR条件标志位置位条件
| 标志位 | 名称 | 置位条件 | 含义 |
|---|---|---|---|
| N | Negative | 结果最高位为1 | 结果为负数 |
| Z | Zero | 结果为0 | 结果为零 |
| C | Carry | 无符号溢出/移位 | 加法进位/减法借位 |
| V | oVerflow | 有符号溢出 | 有符号数溢出 |
| Q | Saturation | 饱和运算溢出 | DSP饱和标志 |
具体规则：
-
N位 ：
Rd[31] == 1 -
Z位 ：
Rd == 0 -
C位：
-
加法：
CarryOut == 1 -
减法：
Borrow == 0（无借位） -
移位：移出的最后一位
-
-
V位 ：有符号溢出，
(A[31]==B[31]) && (Rd[31]!=A[31])
5. ARM汇编与C语言函数调用规范
ARM过程调用标准（AAPCS）
寄存器使用约定：
-
r0-r3：参数传递和返回值
-
r4-r11：被调用者保存
-
r12（IP）：内部过程调用暂存
-
r13（SP）：栈指针
-
r14（LR）：链接寄存器
-
r15（PC）：程序计数器
汇编调用C函数：
@ 汇编代码调用C函数 int add(int a, int b)
mov r0, #5 @ 第一个参数
mov r1, #3 @ 第二个参数
bl add @ 调用C函数
@ 返回值在r0中C调用汇编函数：
// C代码声明
extern int asm_function(int a, int b);
// 调用
int result = asm_function(5, 3);汇编函数实现：
@ 汇编函数实现
.global asm_function
asm_function:
@ 参数：r0 = a, r1 = b
add r0, r0, r1 @ 计算 a + b
bx lr @ 返回，返回值在r0参数传递规则：
-
≤4个参数：使用r0-r3
-
>4个参数：剩余参数压栈
-
返回值：
-
32位：r0
-
64位：r0-r1
-
浮点数：s0/d0
-
-
栈对齐：SP必须8字节对齐
三、嵌入式开发相关问题
1. LED点灯过程需要配置的寄存器
以i.MX6 GPIO控制LED为例：
// 1. 使能GPIO时钟（CCM模块）
CCM_CCGR1 |= (3 << 26); // 使能GPIO1时钟
// 2. 配置引脚复用（IOMUXC）
IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_GPIO1_IO03 = 0x5; // 复用为GPIO功能
// 3. 配置引脚电气属性
IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_GPIO1_IO03 = 0x10B0; // 驱动能力、上下拉等
// 4. 配置GPIO方向
GPIO1_GDIR |= (1 << 3); // 设置GPIO1_IO03为输出
// 5. 控制LED亮灭
GPIO1_DR |= (1 << 3); // 输出高电平，LED灭
GPIO1_DR &= ~(1 << 3); // 输出低电平，LED亮关键寄存器：
-
CCM_CCGRx：时钟门控寄存器
-
IOMUXC_SW_MUX_CTL：引脚复用控制
-
IOMUXC_SW_PAD_CTL：引脚电气属性
-
GPIO_GDIR：GPIO方向寄存器
-
GPIO_DR：GPIO数据寄存器
2. ELF文件格式及各段数据
ELF（Executable and Linkable Format）结构：
ELF文件头
├── 程序头表（Program Header Table）
├── 节头表（Section Header Table）
├── .text段 ← 代码段（机器指令）
├── .data段 ← 已初始化全局/静态变量
├── .bss段 ← 未初始化全局/静态变量（不占文件空间）
├── .rodata段 ← 只读数据（字符串常量等）
├── .symtab段 ← 符号表
├── .strtab段 ← 字符串表
├── .rel.*段 ← 重定位表
└── 其他调试信息段各段内容：
| 段名 | 内容 | 属性 | 文件偏移 |
|---|---|---|---|
| .text | 可执行代码 | R+X | 固定 |
| .data | 初始化的全局/静态变量 | R+W | 固定 |
| .bss | 未初始化的全局/静态变量 | R+W | 不占文件空间 |
| .rodata | 只读数据（常量字符串） | R | 固定 |
| .heap | 动态分配内存 | R+W | 运行时 |
| .stack | 局部变量、函数调用 | R+W | 运行时 |
3. 链接脚本的作用
1. 定义绝对运行地址
. = 0x87800000; /* 程序必须运行在这个地址 */为什么重要：
-
i.MX6ULL裸机程序必须从DDR内存开始执行
-
0x87800000 = 0x80000000(DDR起始) + 120MB偏移
-
确保程序加载到正确位置
2. 控制启动代码顺序
.text :
{
obj/start.o /* 强制放在最前面 */
*(.text) /* 其他代码放后面 */
}为什么重要：
-
ARM要求异常向量表必须在内存最前端
-
start.o包含复位向量、异常处理 -
确保芯片复位后能正确执行
3. 提供BSS段边界（用于内存初始化）
__bss_start = .; /* 标记开始 */
.bss : {*(.bss)} /* BSS段定义 */
__bss_end = .; /* 标记结束 */为什么重要：
-
BSS段存储未初始化的全局变量
-
启动时需要清零这些变量
-
提供
__bss_start和__bss_end符号供汇编代码使用
链接脚本的作用：将分散编译的.o文件，按照硬件要求（特定地址、特定顺序）组织成能在i.MX6ULL芯片上直接运行的内存映像。