2021年01月10日 | arm 裸板编程的总结（上）

一、嵌入式系统概述

1.微处理器相关

1.体系结构

a.冯诺依曼体系

特点：指令和数据公用同一条数据总线

注重：主频、缓存

b.哈佛体系

特点：指令和数据分开存储，使用不同的数据总线进行传输

注重：流水线的层级

缺点：不适用于 跳转（调度）比较频繁的场合

2.RISC与CISC

a.CISC特点：

1.指令多

2.寻址方式多（甚至可以在内存和内存之间进行寻址，而不通过寄存器）

3.2/8法则

b.RISC特点：

1.指令少，好记

2.寻址方式少，一般只支持load/store两类访存指令

3.流水线

2.嵌入式系统的组成

1.软件

操作系统(可选)

应用程序

网络(可选)

2.硬件

a.嵌入式微处理器

分类：

MCU

MPU

DSP

SOC

组成：

内核(arm、mips、ppc)

外设控制器

内部内存(sram，缓存)

b.时钟

c.电源和复位

d.内存

e.至少一个IO通道

f.其他外围设备

3.最小系统

1.处理器

2.时钟

3.内存

4.电源和复位

5.至少一个IO通道

二、ARM内核概述

1.ARM内核特点：

1.采用哈佛体系结构(ARM7TDMI采用冯诺依曼体系，之后统统采用哈佛体系)

2.采用RISC

1.指令长度固定

2.指令较少

3.寻址方式相对单一

3.流水线技术

2.ARM体系结构版本

ARMv4-ARMv7

3.ARM内核系列

ARM7

ARM7TDMI

ARM9

ARM920T

ARM11

StrongARM

Cortex A,M,R

Cortext A8,M3

三、ARM编程模型

1.工作状态

1.ARM状态--执行32bit的ARM指令

2.Thumb状态--执行16bit的Thumb指令

注：使用BLX或者BX指令可以切换工作状态

2.内存格式

1.支持big-endian和little-endian模式

little-endian

高字节在高地址，低字节在低地址

以低字节为字的地址

big-endian

低字节在高地址，高字节在低地址

以高字节为字的地址

3.数据类型

字--32bit

半字--16bit

字节--8bit

4.操作模式

------------------------------------以下为“非特权模式”

USER(usr)

------------------------------------以下为“特权模式”

System(sys)

------------------------------------以下为“异常模式”

SuperVisor(svc)

FIQ(fiq)

IRQ(irq)

Abort(abt)

Undefined(und)

特权模式与非特权模式

1.特权模式可以访问系统中所有的资源，而非特权模式仅可以访问部分系统资源

2.特权模式之间可以任意切换，非特权模式要想切换到特权模式只有一种手段：异常

5.寄存器

37个寄存器 = 31个通用寄存器 + 6个状态寄存器

前提：User模式和Sys模式共享同一组寄存器

1.几个特殊的寄存器

R13--sp(stack pointer)--习惯使用r13来代表当前模式下的栈指针

R14--lr(link return register)--用于存放子程序调用的返回地址

R15--pc(program counter)--pc总是指向下一条应该被取值的指令

PSR

MODE[4:0]--模式bit

T[5]--状态bit 1代表Thumb

F[6]--Fiq disable1代表disable

I[7]--Irq disable1代表disable

.

.

.

V[28]--溢出

C[29]--进位/借位

Z[30]--zero 1代表zero

N[31]--Negative

2.R0-R12

普通数据寄存器，被所有模式共用

fiq有自己的r8-r12寄存器

3.R13

每种模式有自己独立的r13，因为每种模式都有独立的栈空间

4.R14

每种模式有自己独立的r14，因为每种异常模式都需要使用r14保存异常产生之前的模式的返回地址

5.R15

所有模式共享

6.CPSR

所有模式共享

7.SPSR

每种异常模式都有自己的SPSR

6.异常

1.异常的种类(7种)

Reset

SWISVC

FIQFIQ

IRQIRQ

Undefined InstructionUND

Data Abort

Prefetch AbortABT

2.ARM开发板加电之后的第一个运行模式：SVC

3.产生异常，系统自动做的事情

1.保留返回地址

将下一条指令的地址(PC-4)保存到对应异常的r14寄存器中

2.备份状态寄存器

将当前模式下的CPSR，保存到对应异常的SPSR

3.切换到对应的异常模式

强制修改CPSR的模式bit，为对应的异常模式

4.到异常向量处，取下一条指令

强制将PC的值修改为对应的异常向量

5.对于有些异常，还会禁用中断标志，以阻止不可预期的异常嵌套

6.如果在产生异常之前处于Thumb状态，产生异常之后，会切换到ARM状态

4.从异常中返回，应该做的事情

1.返回继续执行

将异常模式的lr寄存器的值(进行修正)赋给pc

2.恢复cpsr

将异常模式的spsr赋给cpsr

3.如果设置了中断禁用标志，需要清除

5.异常向量

Reset0x0SVC

Undefined Instruction0x4UND

Software Interrupt0x8SVC

Abort(Prefetch)0xCABT

Abort(Data)0x10ABT

IRQ0x18IRQ

FIQ0x1CFIQ

注意：

1.开发板加电之后，执行的第一条指令的地址为0x0

2.开发板加电之后，第一个运行模式是SVC

3.每个异常向量只有4个字节(FIQ除外)，只能放一条跳转指令

4.FIQ放在异常向量的最后，可以节省一条跳转指令

6.异常的优先级

Reset

Data Abort

FIQ

IRQ

Prefetch Abort

UND、SWI

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day02 ARM指令和寻址方式

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1.ARM指令的特点：

1.RISC

2.长度固定,4个字节

3.所有指令可以条件执行

beq

4.采用load/store体系

只有load、store两类指令可以访问内存

5.三级流水线

PC = 当前正在执行的指令的地址 + 8

2.ARM指令格式

MOV{条件}{s} Rd Rn ...

对于立即数包含在指令内部的汇编指令，立即数的范围一定是有限制的，不可能包括0-4G所有数据

条件码：

EQ

NE

GT

GE

LT

LE

AL always1110

3.常用ARM指令

1.mov指令

movr0,r1; r0 = r1

mov r0,#1;r0 = 1;

mov r1,#0x10;r1 = 0x10

2.add、sub

add r0,r0,r1; r0 = r0 + r1

add r0,r1,r2; r0 = r1 + r2

add r0,r1,#0x3; r0 = r1 + 0x3

3.b,bl

mov r0,#1

bl label

mov r0,#2

loop

b loop

label

mov r0,#3

mov pc,lr

4.cmp指令

cmp r0,r1

cmp r0,#0x10

5.ldr指令

ldr r0,[r1];; r0 = *(unsigned int *)r1;

str r0,[r1];; *(unsigned int *)r1 = r0;

6.orr | and

stmfd sp!,{r0-r12,lr}

ldmfd sp!,{r0-r12,pc}^

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