嵌入式arm(一)学ARM要掌握的预备知识(本篇文章持续更新)

文章目录

一关于arm
- 1 arm的三种含义
- 2 两种指令集
- - 2.1 CISC
  - 2.2 RISC
- 3 arm公司
- 4 arm型号
- - 4.1 什么是soc
  - 4.2 cortex-a/m/r
- 5 arm数据与指令类型
二 cortex-A9处理器
- 1 arm的工作模式
- 2 cortex-a的寄存器组织概要
三计算机系统基本组成
- 1 总述
- 2 通过公交车理解总线
- 3 两种总线结构
- - 3.1 单总线结构
  - 3.2 多总线结构
  - - 3.2.1 DMA
    - 3.2.2 AHB高速总线 APB（外设）总线
    - 3.2.3 高速缓冲器cache
- 4两种Flash
- - NorFlash
  - NandFlash

一关于arm

1 arm的三种含义

(1) 一个公司的名称 Advanced RISC Machine
(2) 一类处理器的统称
(3) 一种技术的名称（RISC）
ARM是以一家设计处理器的公司，这家公司设计的处理器统称为ARM，它们使用的指令集是RISC（精简指令集）

2 两种指令集

2.1 CISC

复杂指令集（汇编指令）指令数量多、设计复杂、能耗高，比如intel的处理器（电脑）

2.2 RISC

精简指令集，指令数量少，设计相对简单，能耗较低，更多的应用在各种移动终端

3 arm公司

只负责设计芯片（设计处理器的架构+总线），而不生产芯片，将设计版权授权全球各大半导体厂商，让它们去生产

4 arm型号

比如有一块开发板的型号：fs4412，由fs公司设计制造和命名；
开发板的核心板板载了一个soc芯片：exynos4412，这个芯片由三星设计制作和命名；
soc上的cpu内核的型号是：A9（cortex-a9），这个型号的架构是armv7；由arm公司设计和命名；

4.1 什么是soc

system on chip片上系统；狭义的讲就是一个芯片上集成了处理器、存储器、各种接口模块等组成了一个完整的硬件系统。

4.2 cortex-a/m/r

从armv6架构之后，内核的型号命名变化为cortex
(1) cortex-a：高端应用，手机、平板等；
(2) cortex-m：低功耗，单片机；
(3) cortex-r：实时处理器：实时操作系统RTOS；

5 arm数据与指令类型

(1) ARMv7：
ARM采用32位架构；
· Byte：8bits
· Halfword ：16bits
· Word：32bits
· Doubleword：64bits（cortex-a处理器）
大部分的arm core提供：
· arm指令集（32bits）
· thumb指令集（16bits）
(2) ARMv8是64位的

二 cortex-A9处理器

1 arm的工作模式

2 cortex-a的寄存器组织概要

三角标记表示各工作模式下独有的寄存器，不能被其它工作模式访问，未被标记的表示所有工作模式共享，在内核中只有一份；比如r0寄存器在内核中只有一份，所有工作模式下访问到的是同一个寄存器，而对于User模式下能访问到的r8寄存器，在FIQ模式下不能访问，而是去访问r8_fiq是寄存器，同样地User模式下也不能访问r8_fiq寄存器；
观察知：
(1) 先不考虑monitor模式，内核中一共有37个寄存器；
(2) FIQ模式下的私有寄存器最多；
(3) 每个模式都有自己的r13和r14，即sp和lr；
(4) pc只有一个；
(5) 只有User模式没有spsr寄存器；因为大部分情况都在user模式运行，当产生中断或者异常时，为了能够及时响应然后处理异常，会自动从user模式切换到其他模式，但是处理完之后需要手动恢复；
一些补充：
(1) cpsr是当前程序状态寄存器，只有一个；
(2) spsr是保存cpsr的寄存器，当user模式切换到其他模式，需要先将user模式的状态保存在对应模式的spsr中，之后cpsr寄存器中保存其他模式的当前程序状态；异常模式的代码执行完之后需要回到User模式，先从spsr把之前User模式的cpsr恢复，这样就完好得切换回原来的模式和状态；
(3) pc是程序计数器，程序执行到哪里，pc就在哪里；
(4) r13即sp栈顶指针，每种模式都有它自己的栈区；
(5) r14即lr返回地址；

三计算机系统基本组成

1 总述

硬件部分：输入输出设备、处理器（控制器、运算器、寄存器）、存储器（外存、内存、cache）、总线

2 通过公交车理解总线

公交车有什么特点：有起点站和终点站；中途有数个站点；每个站都可以上下人；可以从起点站坐到终点，也可以在某个站下车；或者从某个站点上车，然后在另一个站点或起点站下车；
总线有什么特点：连接CPU和各个IO，内存等；数据可以从CPU送到内存，各个IO，也可以在IO之间传输；

3 两种总线结构

3.1 单总线结构

缺点：
(1) 内存读写的速度一般比IO设备要快，限制了内存的读写速度
(2) 内存和IO设备要进行数据传输必须要经过cpu

3.2 多总线结构

3.2.1 DMA

Direct memory access直接内存访问，解放了cpu，比如需要大量数据传输的时候就可以使用dma

3.2.2 AHB高速总线 APB（外设）总线

3.2.3 高速缓冲器cache

编译器会对程序其进行优化，使一些经常需要访问的数据在运行时从内存拷贝一份到cache中，之后如果cpu要访问这些数据，直接从cache中取，cache比内存的读写速度快，所以从一定程度上提高了程序运行效率。
但是，如果有一个变量的值需要经常发生改变，而且改变的一定是内存的值，而cpu还是去cache中取数据，若更改的频率大于cache刷新的频率，就会出现内存和cache中数据不同步的问题，所以这种情况不适合使用cache，通过volatile声明变量告诉编译器这个变量的值不优化，也就是每次都去访问内存，而不在cache中备份。

4两种Flash

NorFlash

可以直接运行程序，不需要程序对它进行初始化，容量小，价格高，一般用于单片机或者soc的固化的一小部分引导程序

NandFlash

不能直接运行程序，需要初始化，必须和内存结合使用