ARM64体系结构自测题

在阅读本书之前，请读者尝试完成以下自测题，从而了解自己对ARM64体系结构的掌握程度。一共有20道题，每道题5分，总分100分。

1．A64指令集支持64位宽的数据和地址寻址，为什么指令的编码宽度只有32位？

2．下面几条MOV指令中，哪些能执行成功？哪些会执行失败？

mov x0, 0x1234
mov x0, 0x1abcd
mov x0, 0x12bc0000
mov x0, 0xffff0000ffff

3．在下面的示例代码中，X0和X1寄存器的值分别是多少？

string1:
      .string "Booting at EL"
ldr x0,  string1
ldr x1,  =string1

4．在下面的示例代码中，X0寄存器的值是多少？

mov x1, #3
mov x2, #1
sbc x0, x1, x2

5．检查数组array[0, index−1]是否越界需要判断两个条件，一是输入值是否大于或等于index，二是输入值是否小于0。如下两条指令可实现数组越界检查的功能，其中X0寄存器存储了数组的边界index，X1为输入值input。请解释这两条指令为什么能实现数组越界检查。

subs xzr，x1，x0
b.hs OutOfIndex

6．下面是kernel_ventry宏的定义。

     .macro kernel_ventry, el, label
     b    el\()\el\()_\label
     .endm

下面的语句调用kernel_ventry宏，请解释该宏是如何展开的。

kernel_ventry   1, irq

7．关于链接器，请解释链接地址、虚拟地址以及加载地址。当一个程序的代码段的链接地址与加载地址不一致时，我们应该怎么做才能让程序正确运行？

8．在ARM64处理器中，异常发生后CPU自动做了哪些事情？软件需要做哪些事情？在发生异常后，CPU是返回发生异常的指令还是下一条指令？什么是中断现场？对于ARM64处理器来说，中断现场应该保存哪些内容？中断现场保存到什么地方？

9．为什么页表要设计成多级页表？直接使用一级页表是否可行？多级页表又引入了什么问题？请简述ARM64处理器的4级页表的映射过程，假设页面粒度为4 KB，地址宽度为48位。

10．ARMv8体系结构处理器主要提供两种类型的内存属性，分别是普通类型内存（normal memory）和设备类型内存（device memory），它们之间有什么区别？

11．在使能MMU时，为什么需要建立恒等映射？

12．请简述直接映射、全相连映射以及组相连映射的高速缓存的区别。什么是高速缓存的重名问题？什么是高速缓存的同名问题？VIPT类型的高速缓存会产生重名问题吗？

13．在ARM64处理器中，什么是内部共享和外部共享的高速缓存？什么是PoU和PoC？

14．假设系统中有4个CPU，每个CPU都有各自的一级高速缓存，处理器内部实现的是MESI协议，它们都想访问相同地址的数据 a ，大小为64字节，这4个CPU的高速缓存在初始状态下都没有缓存数据 a 。在 T 0时刻，CPU0访问数据 a 。在 T 1时刻，CPU1访问数据 a 。在 T 2时刻，CPU2访问数据 a 。在 T 3时刻，CPU3想更新数据 a 的内容。请依次说明， T 0～ T 3时刻，4个CPU中高速缓存行的变化情况。

15．DMA缓冲区和高速缓存容易产生缓存一致性问题。从DMA缓冲区向设备的FIFO缓冲区搬运数据时，应该如何保证缓存一致性？从设备的FIFO缓冲区向DMA缓冲区搬运数据时，应该如何保证缓存一致性？

16．为什么操作系统在切换（或修改）页表项时需要先刷新对应的TLB表项后切换页表项？

17．下面是关于无效指令高速缓存的代码片段，请解释为什么在使指令高速缓存失效之后要发送一个IPI，而且这个IPI的回调函数还是空的。

void flush_icache_range(unsigned long start, unsigned long end)
{
  flush_icache_range(start, end);
  smp_call_function(do_nothing, NULL, 1);
}

18．假设在下面的执行序列中，CPU0先执行了 a =1和 b =1，接着CPU1一直循环判断 b 是否等1，如果等于1则跳出while循环，最后执行“assert ( a == 1)”语句来判断 a 是否等于1，那么assert语句有可能会出错吗？

CPU0                           CPU1
-------------------------------------------------------------
void func0()                  void func1()
{                             {
     a = 1;                      while (b == 0) continue;
     b = 1;                      assert (a == 1)
}                              }

19．假设CPU0使用LDRXB/STXRB指令对0x341B0地址进行独占访问操作，CPU1也使用LDRXB/STXRB指令对0x341B4地址进行独占读操作，CPU1能成功独占访问吗？

20．假设函数调用关系为main()→func1()→func2()，请画出ARM64体系结构的函数栈的布局。

以上题目的答案都分布在本书的各章中。