微处理器系统与应用知识点汇总（仅供参考）

 

简述题相关知识点

1.简述微处理器CPU的基本组成及其各部分作用

答：微处理器CPU的基本组成包括控制单元、算术逻辑单元和寄存器组。其中控制单元产生对指令或数据读取的电信号及时间顺序（时序）；算术逻辑单元对数据进行算术运算、逻辑运算和移位操作，用来进行数值计算和产生存储器访问地址；寄存器组进行必要运行信息和临时数据的保存。

2.简述Cortex-M3处理器的寄存器组的构成

答：Cortex-M3处理器的寄存器组中有16个寄存器，其中13个为32位通用目的寄存器，其他3个则有特殊用途。

• R0~R12：寄存器R0~R12为通用目的寄存器，前8个（R0~R7）也被称作低寄存器。由于指令中可用的空间有限，许多16位指令只能访问低寄存器。高寄存器（R8~R12）则可以用于32位指令和几个16位指令，如MOV等。R0~R12的初始值是未定义的。
• R13，栈指针（SP）：R13为栈指针，可通过PUSH和POP操作实现栈储存的访问。
• R14，链接寄存器（LR）：R14也被称作链接寄存器（LR），用于函数或子程序调用时返回地址的保存。在函数或子程序结束时，程序控制可以通过将LR的数值加载程序计数（PC）中返回调用程序处并继续执行。
• R15，程序计数寄存器（PC）：R15为程序计数寄存器（PC），是可读可写的，读操作返回当前指令地址加4。写PC会引起跳转操作。

3. 简述冯·诺依曼结构和哈弗结构的区别

答：（1）存储器结构不同。冯诺依曼结构是一种将程序指令存储器和数据存储器合并在一起的存储器结构；哈佛结构使用两个独立的存储器模块，分别存储指令和数据，每个存储模块都不允许指令和数据并存。

（2）总线不同。冯诺依曼结构没有总线，CPU与存储器直接关联；哈佛结构使用独立的两条总线，分别作为CPU与每个存储器之间的专用通信路径，并且这两条总线之间毫无关联。

我们所学的Arm Cortex-M3采用的是哈佛结构。

4.简述存储器和寄存器的区别

答：（1）功能不同：存储器功能用于存放指令和数据，并能由CPU直接随机存取；寄存器可将其内的数据执行算术及逻辑运算，存于寄存器内的地址可用来指向内存的某个位置，即寻址。

（2）使用时速度不同：寄存器读写速度快，但结构复杂，不适合大量使用，且断电后数据消失；存储器读写速度相对寄存器较慢，但容量大，且有的断电后数据不丢失（ROM）。

（简单地说，寄存器是操作数据的地方，存储器是存放数据的地方。）

5.简述什么是Arm Cortex-M3？

答：Cortex-M3是一款基于Arm v7-M架构的32位微处理器。内部的数据路径、寄存器和存储器接口均是32位。CM3采用了哈佛结构，拥有独立的指令总线和数据总线，可以让取指与数据访问并行不悖。这样一来数据访问不再占用指令总线，从而提高了性能。

6.简述什么是波特率？

答：波特率为码元周期的倒数，即每秒钟传输码元的数目。

（具体计算方法之前提过，这里就略过了。）

7.微处理器按总线所传输的信息类型分类，可以分为哪三类？

答：数据总线、地址总线和控制总线。

8.简述循环复制进行数据传输和DMA传输数据这两个方法的相对优缺点

答：前者软硬件简单，但是速度慢；后者软硬件复杂，但是速度快。

9.简述什么是中断？设置中断有什么优点？

答：中断是指微处理器在正常执行程序的过程中，当出现某些意外情况或某种外部设备请求时，暂停正在执行的程序，转而去执行某一个特定的程序，并在执行后返回原来暂停执行的程序继续执行的过程。（中断处理异步发生的外部事件，异常处理同步发生的内部事件。）

设置中断可以提高CPU工作效率，CPU不必花费大量的时间等待和查询外设工作；具有实时处理功能，对实时控制系统中的各种参数和状态做出快速响应、及时处理；具有故障处理功能；实现时分操作，控制多个外设同时工作。

10.简述中断的流程

答：（1）外部设备发出中断请求信号，将该信号传递到处理器中断输入端口；

（2）处理器检测到中断请求信号后，中断控制器将该信号转换为处理器内部的中断请求信号，并通知处理器中断请求已到达；

（3）处理器根据中断请求信号的优先级，暂停当前程序的执行，并保存当前程序的执行现场，例如程序计数器(PC)等；

（4）处理器跳转到中断处理程序的入口点，并执行中断处理程序；

（5）中断处理程序执行完毕后，处理器将被中断的程序的执行现场恢复回来，并继续执行该程序；

（6）处理器返回被中断的程序的下一条指令继续执行，从上次中断的地方恢复执行。

11.一个外设通过Arm Cortex-M3微处理器系统I/O端口采用DMA方式将数据存储到存储器中，简述其操作过程

答：（1）外设可通过DMA控制器向微处理器发出的DMA请求；

（2）微处理器响应DMA请求，把总线的控制权交给DMA控制器，使系统转变为DMA工作方式；

（3）由DMA控制器发出I/O数据的存储地址，并决定传送数据块的长度；

（4）执行DMA传送；

（5）DMA操作结束，并将控制权交还给微处理器。

参考：《ARM Cortex-M3与Cortex-M4权威指南》《微处理器系统与应用学习伴侣》，若有不对之处请联系作者，转载请注明出处，谢谢！