本文为 第二章 ARM 部分，具体整篇目录可以看前言！

【秋招】嵌入式面试八股文分享

【秋招】嵌入式面试八股文-C语言篇

【秋招】嵌入式面试八股文-C++篇

第一部分（纯八股）

​2. ARM 第一部分

2.1 NAND FLASH 和NOR FLASH异同？

• 存储设备我们都统称为“FLASH”，Flash又分为NAND flash和NOR flash二种。

不同点：（图片点开更清晰）

• 注意：NAND flash 和 NOR flash 的 0 地址是不冲突的，Nor flash 占用 BANK 地址，而 NAND flash不占用 BANK 地址，它的 0 地址是内部的。

相同点：

2.2 CPU、MPU、MCU、SOC、SOPC 联系与差别？

（1）CPU（Central Processing Unit）,是一台计算机的运算核心和控制核心。

• CPU由运算器、控制器和寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态的总线构成。差不多所有的CPU的运作原理可分为四个阶 段：提取（Fetch）、解码（Decode）、执行（Execute）和写回（Writeback）。 CPU从存储器或高速缓冲存储器中取出指令，放入指令寄存器，并对指令译码，并执行指令。所谓的计算机的可编程性主要是指对CPU的编程。

（2）MPU (Micro Processor Unit)，叫微处理器（不是微控制器）

• 通常代表一个功能强大的CPU（暂且 理解为增强版的CPU吧）,但不是为任何已有的特定计算目的而设计的芯片。这种芯片往往是个人计算机和高端工作站的核心CPU。最常见的微处理器是Motorola的68K系列和Intel的X86系列。

（3）MCU(Micro Control Unit)，叫微控制器

• 指随着大规模集成电路的出现及其发展，将计算机的 CPU、RAM、ROM、定时计数器和多种I/O接口集成在一片芯片上，形成芯片级的芯片，比如51，avr这些芯片，内部除了CPU外还有RAM,ROM,可以直接加简单的外围器件（电阻，电容）就可以运行代码 了，而MPU如x86，arm这些就不能直接放代码了，它只不过是增强版的CPU，所以得添加RAM,ROM。 MCU MPU 最主要的区别就是能否直接运行代码。MCU有内部的RAM ROM，而MPU是增强版的CPU，需要添加外部RAM ROM才可以运行代码。

（4）SOC（System on Chip），指的是片上系统

• MCU只是芯片级的芯片，而SOC是系统级的芯片，它既像MCU（51，avr）那样有内置RAM,ROM，同时又像MPU（arm）那样强大的，不单单是放简单的代码，可以放系统级的代码，也就是说可以运行操作系统（将就认为是MCU集成化与MPU强处理力各优点二合一）。

（5）SOPC（System On a Programmable Chip）可编程片上系统（FPGA就是其中一种）

• 上面4点的硬件配置是固化的，就是说51单片机就是51单片机，不能变为avr，而avr就是avr不是51单片机，他们的硬件是一次性掩膜成型的，能改的就是软件配置，说白点就是改代码，本来是跑流水灯的，改下代码，变成数码管，而SOPC则是硬件配置，软件配置都可以修改，软件配置跟上面一样，没什么好说的，至于硬件，是可以自己构建的也就是说这个芯片是自己构造出来的，这颗芯片我们叫“白片”，什么芯片都不是，把硬件配置信息下载进去了，他就是相应的芯片了，可以让他变成51，也可以是avr，甚至arm，同时SOPC是在SOC基础上来的，所以他也是系统级的芯片，所以记得当把他变成arm时还得加外围ROM，RAM之类的，不然就是MPU了。

2.3 什么是交叉编译？

• 在一种计算机环境中运行的编译程序，能编译出在另外一种环境下运行的代码，我们就称这种编译器支持交叉编译。这个编译过程就叫交叉编译。简单地说，就是在一个平台上生成另一个平台上的可执行代码。
• 这里需要注意的是所谓平台，实际上包含两个概念：体系结构（Architecture）、操作系统（OperatingSystem）。同一个体系结构可以运行不同的操作系统；同样，同一个操作系统也可以在不同的体系结构上运行。举例来说，我们常说的x86 Linux平台实际上是Intel x86体系结构和Linux for x86操作系统的统称；而x86 WinNT平台实际上是Intel x86体系结构和Windows NT for x86操作系统的简称。

2.4  为什么需要交叉编译？

• 有时是因为目的平台上不允许或不能够安装我们所需要的编译器，而我们又需要这个编译器的某些特征；有时是因为目的平台上的资源贫乏，无法运行我们所需要编译器；有时又是因为目的平台还没有建立，连操作系统都没有，根本谈不上运行什么编译器。

2.5 ROM和RAM的区别及类型

• 页（Page）< 扇区（Sector） < 块（Block）< 芯片（Chip）
• 一般1页是1k

ROM为只读存储器，RAM为读写存储器，分类如图：

• 存储器按其存储介质特性主要分为“易失性存储器”和“非易失性存储器”两大类。
• 其中的“易失/非易失”是指存储器断电后，它存储的数据内容是否会丢失的特性。由于一般易失性存储器存取速度快，而非易失性存储器可长期保存数据，它们都在计算机中占据着重要角色。
• 在计算机中易失性存储器最典型的代表是内存，非易失性存储器的代表则是硬盘。

2.6 关于RAM中，DRAM和SRAM对比

• DRAM中代表1的电容会放电，因此需要定时刷新，刷新操作会对电容电量进行检查。而DRAM本身分为同步和异步两种通讯方式，其中同步通讯方式速度更快，应用广泛，同步通讯的方式叫做SDRAM。
• SRAM利用锁存器去存储数据，不需要定时刷新充电。所以被称为静态RAM，（static RAM）。而SRAM本身也分为同步和异步通讯，相对而言，异步SRAM用的比较广泛。
• 对比 DRAM 与 SRAM 的结构，可知 DRAM 的结构简单得多，所以生产相同容量的存储器，DRAM的成本要更低，且集成度更高。而 DRAM 中的电容结构则决定了它的存取速度不如 SRAM，特性对比见表 DRAM 与 SRAM 对比。

• 所以在实际应用场合中，SRAM 一般只用于 CPU 内部的高速缓存 (Cache)，而外部扩展的内存一般使用 DRAM。在 STM32 系统的控制器中，只有STM32F429 型号或更高级的芯片才支持扩展SDRAM，其它型号如STM32F1、STM32F2 及 STM32F407 等型号只能扩展 SRAM。

关于ROM中：

• ROM中应用最广泛的是EEPROM。它可重复擦写，擦除和写入都是直接用外部设备来擦写，而且可以按字节为单位修改数据。

关于FLASH：

• FLASH 存储器又称 为闪存，它也是可重复擦写的储器，部分书籍会把FLASH 存储器称为 FLASH ROM，但它的容量一般比 EEPROM 大得多，且在擦除时，一般以多个字节为单位。如有的 FLASH 存储器以 4096 个字节为扇区，最小的擦除单位为一个扇区。

• NOR 与 NAND 的共性是在数据写入前都需要有擦除操作，而擦除操作一般是以“扇区/块”为单位的。
• 而 NOR 与 NAND 特性的差别，主要是由于其内部“地址/数据线”是否分开导致的。
• 由于 NOR 的地址线和数据线分开，它可以按“字节”读写数据；而由于 NAND 的数据和地址线共用，只能按“块”来读写数据。
• 由于两种 FLASH 存储器特性的差异，NOR FLASH 一般应用在代码存储的场合，如嵌入式控制器内部的程序存储空间。而 NAND FLASH 一般应用在大数据量存储的场合，包括 SD 卡、U盘以及固态硬盘等，都是 NAND FLASH 类型的。

2.7 Cortex-M3寄存器组

图片点开观看更清晰！

2.8 保存、恢复现场的详细操作（难理解）

• 向量表从FLASH的0地址开始放置，以4个字节为一个单位，地址0存放的是栈顶地址，0X04存放的是复位程序的地址，以此类推。从代码上看，向量表中存放的都是中断服务函数的函数名，可我们知道C语言中的函数名就是一个地址
• 首先是中断或异常产生，CPU去FLASH里面找对应的异常向量表，异常向量表找到对应的中断函数，执行中断函数前，要进行保护现场的操作，中断函数结束后，恢复现场。

• 寄存器R13在ARM指令中常用作堆栈指针SP, 但这只是一种习惯用法，用户也可使用其他的寄存器作为堆栈指针, 而在Thumb指令集中,某些指令强制性的要求使用R13作为堆栈指针.
• 由于处理器的每种运行模式均有自己独立的物理寄存器R13，在用户应用程序的初始化部分，一般都要初始化每种模式下的 R13，使其指向该运行模式的栈空间。这样，当程序的运行进入异常模式时，可以将需要保护的寄存器放入R13所指向的堆栈，而当程序从异常模式返回时，则从对应的堆栈中恢复，采用这种方式可以保证异常发生后程序的正常执行。
• R14称为子程序链接寄存器LR(Link Register), 当执行子程序调用指令(BL)时, R14可得到R15(程序计数器PC)的备份。
• 保护现场：首先，将SP的值保存在IP寄存器中（此时IP中存的sp是未进行压栈的sp），然后让fp ip lr pc按照从右向左顺序入栈，入栈的过程中，让sp随着入栈而不断增长。入栈过程中，sp不断增加，从左图高地址处sp一直移动到fp处，然后将ip-4，将sp存入fp中（相当于fp中存的是pc当前地址）。此时，fp里面存入了栈顶sp。
• 恢复现场：先将fp-12，此时fp内存的地址即为当前sp所在位置，然后将fp赋值给fp，sp赋值给ip，lr赋值给pc。其中lr为函数返回地址，而pc存储的是程序要执行的下一条指令。

2.9 单片机启动流程

（1）单片机基础

• 从图中看出，代码一般存储在ROM区，然后一些局部变量等利用SRAM来进行存储。

（2）启动流程

单片机上电后一直到准备好C语言运行环境并跳转到main函数执行总共经历了5个步骤：

• 内核初始化;
• 强制PC指针指向中断向量表的复位中断向量执行复位中断函数;
• 在复位中断函数中调用 SystemInit 函数，初始化时钟，配置中断向量表等
• 调用 __main 函数完成全局/静态变量/常量的初始化和重定位工作，初始化堆栈和库函数
• 跳转到main函数中执行

注意：

• 未初始化和初始值为零的全局变量，静态变量一般在RAM中,初始值不为零的全局变量/静态变量 一般在FLASH中。
• 因为Flash不能随机写(只能写0，不能写1)，所以一般会在程序运行之前将初始值不为零的全局变量重定位到RAM中。
• 全局变量和常量的地址在编译时都已经被分配好了(所以能够在 .map 文件中看到),而局部变量则是程序运行时在栈中创建的，栈空间大小可以在IDE中设置。
• 单片机启动时，不需要用将代码从ROM搬移到RAM ，而 ARM 则需要。单片机程序执行的过程分三个步骤：取执行->分析指令->执行指令。取指令的任务是:根据 PC的值从程序存储器读出指令，送到指令寄存器。然后分析执行执行。这样单片机就从内部程序存储器去代码指令，从 RAM 存取相关数据。要知道RAM取数的速度是远高于ROM的，但是单片机因为本身运行频率不高，所以从ROM取指令慢并不影响。而ARM不同，CPU运行的频率高，远大于从 ROM读写的速度，所以一般有大型的操作系统时，都需要将代码部分拷贝到RAM中再执行。

（3） 重定位

• PC指针：pc指针是指寄存器pc，里边的值总是指向当前程序运行点的地址。
• SP指针：SP指针指堆栈指针，也是通用寄存器，用于入栈和出栈操作。​

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