Name: ES2 Klausur Thema: ARM Name: Punkte: Note:

Transkript

1 Name: Punkte: Note: Hinweise für das Lösen der Aufgaben: Zeit: 45 min. Name nicht vergessen! Geben Sie alle Blätter ab. Die Reihenfolge der Aufgaben ist unabhängig vom Schwierigkeitsgrad. Erlaubte Hilfsmittel sind Taschenrechner und alle Unterlagen. Nicht erlaubt ist die Nutzung fremder Hilfsmittel, sowie die gemeinsame Nutzung von Hilfsmitteln. Der Lösungsweg muss klar ersichtlich und eindeutig nachvollziehbar sein. Eine gut dokumentierte Lösung erlaubt es, auch Teilschritte zu bewerten. Jede Aufgabe hat einen Bewertungsrahmen, für den Sie in Klammern[] die maximal erreichbare Punktzahl ersehen. Wo nicht anders erwähnt, lässt sich jede Teilaufgabe unabhängig lösen. Bitte achten Sie auf eine saubere Form. Nicht leserliches kann nicht bewertet werden

2 Aufgabe1: Register[8] Beschreiben sie die ARM7 Register Einträge nach Rückkehr aus einem Software Interrupt durch Ausfüllen der leeren Kästchen unten. Bei Eintritt des Interrupts war der ARM im User Modus Der letzte Befehl des Software Interrupts lautete MOVS R15, R14 Der Stackpointer hatte vor Eintritt in den Fast Interrupt den Wert 0x00b0f000 Die ursprünglichen Werte der Register R2 und R10 hatten vor dem Eintritt in den Software Interrupt den Wert R2 = 0x und R10 = 0x Die Register wurden bei Eintritt in die Software Interrupt Routine nicht gesichert. Bei Eintritt des Interrupts wurde ein Unterprogramm ausgeführt. Das Unterprogramm wurde durch die Branch Link Routine BL bei Adresse 0x00e44000 eingeleitet. Registerinhalte in der letzten Assemblerzeile der Interrupt Routine R2 0x R10 0x Stack Pointer (R13) 0x00b00000 Link Register(R14) 0x00f34100 PC(R15) 0x00f22000 CPSR SVC Modus SPSR User Registerinhalte unmittelbar nach Rückkehr ins Hauptprogramm R2 0x R10 0x Stack Pointer (R13) 0x00b0f000 Link Register(R14) 0x00e4400x PC(R15) 0x00f3410x CPSR User Modus - 2 -

3 Aufgabe 2: THUMB Instruction Set [4] a) Warum gibt es beim Thumb Befehlssatz (16-bit) keine bedingten Befehle, so wie beim ARM Befehlssatz (32-bit)? [1] - Es wären zusätzliche Bits im Befehlssatz notwendig, die man sparen möchte b) Warum ist der direkte Zugriff auf die Register R0-R7 beschränkt?[1] - Um Bits zu sparen. Um Register R0 bis R7 auszuwählen, braucht es nur 3 bits. Um alle Register auszuwählen bräuchte man mehr Bits c) Nennen sie einen Vorteil und einen Nachteil des Thumb Befehlssatzes und jeweils eine Begründung dafür. [2] V: Thumb Braucht weniger Speicher da nur 16-bit breit N: Ineffizientere Ausführung, da nicht alle Befehle zur Verfügung stehen - 4 -

4 Aufgabe 3: ARM Entwicklungswerkzeuge [7] a) Beschreiben Sie die Vorgänge der JTAG basierenden Fehlerfindung innerhalb des LPC2138 [3] Signalknoten im ARM Core können seriell über die Scan Chain ausgelesen oder geändert werden Der JTAG Controller steuert das Auslesen und Beschreiben der Scan Chain Der Datenaustausch zum Debugger erfolgt über die genormte JTGA Schnittstelle. b) Wie unterscheidet sich die Programmfehlerbeseitigung mit ETM7 (Embedded Trace Macro) zu JTAG hinsichtlich: Zusätzlichem Logikaufwand innerhalb des ucontroller [1] Das ETM benötigt zusätzliche Speicher für die Tracedaten - Ist eine Zusatzmodul mit spezieller Schnittstelle und Steuerung Aus- und Einlesen von Trace Daten [1] - Spezielle I/O pins am Microcontroller. Meist gemultiplext mit anderen Funktionen Wie erreicht ETM Realtime Tracing? [1] - Daten werden zunächst in einem FIFO abgelegt, dann über eine parallel Schnittstelle nach aussen geführt Entwicklungswerkzeuge? [1] Es benötigt einen speziellen ETM Debugger mit standardisierter Schnittstelle - 5 -

5 Aufgabe 4: CPSR[5] a) Welche Bits des CPSR werden für die bedingte Befehle abgefragt [1] N,Z,C,V b) Was versteht man unter einem Nested Interrupt? [1] - Ein Interrupt höherer Priorität kann während der Ausführung einer Interrupt Routinsgeführt werden. c) Welche Bits im CPSR müssen wie geändert werden, damit ein Nested Interrupt ausgeführt werden kann. Punkt nur mit Begründung.[2] Bei Ausführung eines Interrupts müssen das F-bit oder das I-bit gelöscht werden, damit ein nested Interrupt ausgeführt werden kann. d) Wie muss man vom ARM Befehlssatz in den Thumb Befehlssatz wechseln und umgekehrt?[1] Mit dem BX pder BLX Befehl - 6 -

6 Aufgabe 5: Externe Speicherschnittstelle [6] Gezeigt ist ein Speicherzugriff mit einem Wait State (NWS = 1) Die Speicherzugriffszeit ist die Zeit von der fallenden Flanke von RD, bis gültige Daten am Mikrocontroller anliegen. Eine halbe MCKI Taktperiode beträgt 10 ns Füllen Sie die Tabelle unten aus, damit die angegebenen Speicher in möglichst kurzer Zeit und zuverlässig ausgelesen werden können.(signallaufzeiten und Setup Zeiten sind zu vernachlässigen) Speicherzugrifffszeit Wait States bei Normal Read Wait States bei Early Read 15 ns ns ns

7 Aufgabe 6: Memory Accelerator [5] a) Warum benötigt es bei Flash Speichern einen Memory Accelerator (MAM)?[1] Flash Speicher haben lange Zugriffszeiten, die man mit einem MAM umgehen kann. b) Welche drei ARM Busse kennen sie?[1] VPB, AMBA und Local Bus c) An welchen dieser ARM Busse ist der MAM sinnvollerweise angeschlossen und warum? [1] MAM ist am Local Bus angeschlossen, damit Befehle unabhängig von Daten zugegriffen werden können d) Warum werden, bei der MAM Architektur, die vom Prozessor generierten Adressleitungen 0 bis 4 nicht zum Flash Speicher geführt? [1] Die Flash Speicher sind 128 bit breit, es werden immer 32 Bytes aufs Mal an den MAM gegeben e) Warum verschwinden die Vorteile des MAM, wenn der ARM7 Programmcode Adresssprünge über 64 Byte enthält.[1] Da bei einem Sprung über 64 Byte eine neue Flash Page in den Memory Accellerator geladen werden müsste; was Zeit kostet - 8 -

8 Aufgabe 7: Programm Startup [7] Adresse Exception 0x c FIQ 0x IRQ 0x x Programm Signature Data Abort 0x c 0x x x Prefetch Abort Software Interrupt Undefined Instruction Reset a) Geben Sie mögliche Adressbereiche an [7] Anwendung Von Bis Programmcode im uc Flash [1/2] 0x40 0xFFFFF od. 0x3FFF8000 Exception Vector Tabelle [1] 0 0x01c od. 3f Stack im uc Speicher [1/2] 0x x4001 FFFF Externe Bus Schnittstelle [1/2] 0x xDFFF FFFF Vectored Interrupt Controller [1/2] 0xF xFFFF FFFF UART [1/2] 0xE xEFFF FFFF Boot Loader [1/2] 0x7FFF F000 0x Fortsetzung auf nächster Seite --> - 9 -

9 b) Wie findet der ARM Controller heraus, dass der Flash Speicher nicht programmiert ist?[1] Von der Checksumme der Exceptionvektortabelle die als Programmsignatur bei Adresse 0x14 eingetragen ist c) Beschreiben sie die Programmabläufe des ARM Controller, wenn er feststellt, das der Flash nicht programmiert ist?[2] 1.) Das Bootloaderprogram wird nicht verlasse 2.) Das Flash Memory wird nicht im Speicherberei ab 0x0000 eingebunden und der Flashcode wir nicht ausgeführt. 3.) Anstelle wird die Flash loader Utility gestartet und über RS232 der neue Code in das Flash geschrieben. 4.) Das Memory Map Register bindet das Flash Memory wieder ein. d) Wie kann man einen ARM Controller dazu bewegen, die Flash Programm Utility zu starten, egal welcher Inhalt sich im Flash befindet?[1] Über eine externe Leitung e) Wie kann der Entwickler bestimmen, an welche RAM Adresse der Stackpointer gelegt werden soll.[1] Laden der Stack Register durch den Start up code Aufgabe 8: Instruction Pipeline [4] Auf der Horizontalen ist der Programmzählerwert aufgezeigt, auf der Vertikalen die Befehle in der Instruction Pipeline. Füllen Sie die Lücken der Tabelle entsprechend aus. PC 0x3FFF8000 0x3FFF8004 0x3FFF8008 0x3FFF800a Fetch MOVS R0, 0x01 MOVEQ R0, 0x4 MOV R0, 0x8 MOV R1, 0x8 Decode MOVS R0, 0x01 MOVEQ R0, 0x4 MOV R0, 0x8 Execute MOVS R0, 0x01 MOVEQ R0, 0x04 Wie verändert sich der Inhalt von R0 nach jedem Pipeline Transfer Inhalt R0 0xFFFFFFFF 0xFFFFFFFF od. unde 0x x