嵌入式Arm学习笔记(2)

ARM体系

ARM：Advanced RISC Machine

ARM命名规则

ARMv	n	variants	x (variants)
固定字符，即ARM Version	指令集版本号	变种	排除x后指定的变种

常见的variants有以下几种：

• T – Thumb指令集
• M – 长乘法指令
• E – 增强型DSP指令
• J – Java加速器Jazelle
• D – 支持片上Debug
• I – 嵌入式ICE，支持片上断点和调试
• z – cache

比如：ARM7TMDI表示ARM指令集版本为7，支持TMDI变种

在 ARMv7 以后时期，统一用 Cortex 作为主名。

ARM公司

1. ARM公司于1990年11月在英国剑桥成立，前身为Acorn计算机公司。
2. ARM公司是全球领先的16/32位嵌入式RISC微处理器解决方案供应商。
3. ARM公司是知识产权(IP)公司，本身不生产芯片，靠转让设计许可，由合作伙伴公司来生产各具特色的芯片。

目前，全世界有几十家著名的半导体公司都使用ARM公司的授权，其中包括MOTOROLA、IBM、Intel、LG、SONY、NEC、ATMEL等，从而保证了大量的开发工具和丰富的第三方资源，它们共同保证了基于ARM处理器核的设计可以很快投入市场。

ARM公司已成为移动通信、手持设备、多媒体数字消费嵌入式解决方案的RISC标准。

ARM Cortex系列

Cortex-A	Cortex-R	Cortex-M	Machine Learing	SecureCore
Highest Performance(高性能)	Real-Time Processing(实时)	Lowest Power, Lower Cost(低功率,低成本)	Efficiency Uplift for All Devices(提高所有设备效率)	Tamper Resistant(防篡改)

ARM处理器运行模式

内存字节顺序

• 大端模式(Big Endian)
• 小端模式(Little Endian)
  

我们用ARM的一般是32-bit体系结构

• 1 Byte = 8 bits
• 半个字(Halfword) 是16bits (2Byte)
• 一个字(Word)是32bits(4Byte)
• ARM指令集32位，Thumb指令集16位，Thumb集为ARM指令集的子集

mode	特权模式(Y/N)	异常模式(Y/N)	description	二进制表示
User(用户模式)			大多数任务运行的非特权模式	10000
System(系统模式)	Y		使用与用户相同的寄存器的特权模式	10001
FIQ(快速中断模式)	Y	Y	当一个高优先级(快速)中断被引起时输入	10010
IRQ(外部中断模式)	Y	Y	当一个低优先级(普通)中断被引起时输入	10011
Supervisor(管理模式)	Y	Y	在复位和执行软件中断指令时输入	10111
Abort(中止模式)	Y	Y	用于处理内存访问冲突	11011
Undef(未定义模式)	Y	Y	用于处理未定义的指令	11111

总的来讲可以分为两大类：

• 特权模式(其余6个模式)和非特权模式(User)

针对特权模式(除User模式以外的模式)：

• 系统模式(System)和异常模式(其余5种)

ARM7TDMI-S core的逻辑结构

• 32bits
• Load/Store
• 31个通用寄存器组(general purpose register )，6个状态寄存器(status register)
  • R0~R12通用寄存器
  • R13堆栈指针(Stack Pointer)
  • R14链接寄存器(Link Register)
  • R15程序指针(Program Counter)
  • CPSR当前程序状态寄存器(Current Program Status Register)
  • SPSR保存程序状态寄存器(Saved Program Statuc Register)

ARM状态下的寄存器组织：

未分组寄存器R0~R7

• 在所有的运行模式下，未分组寄存器都指向同一个物理寄存器，他们未被系统用作特殊的用途，因此，在中断或异常处理进行运行模式转换时，由于不同的处理器运行模式均使用相同的物理寄存器，可能会造成寄存器中数据的破坏，这一点在进行程序设计时应引起注意。

分组寄存器R8~R12

• 每次所访问的物理寄存器与处理器当前的运行模式有关
• R8～R12：每个寄存器对应两个不同的物理寄存器
  • 当使用fiq模式时，访问寄存器R8_fiq～R12_fiq
  • 当使用除fiq模式以外的其他模式时，访问寄存器R8_usr～R12_usr

ARM异常处理

R14(LInk Register链接寄存器)

• R14保存的是程序的地址(程序的返回地址)

  # 调用子程序(异常)
  STMFD SP!,{,LR}
  # 子程序返回(异常返回)
  LDMFD SP!,{,PC}
  

当前程序状态寄存器(Current Program Status Register)

一般用SPSR来恢复CPSR！

异常(Exception)

• 当程序的正常流程必须临时停止时，就会出现异常，例如为来自外设的中断提供服务。在尝试处理异常之前，ARM7TDMI-S保留当前处理器状态，以便在处理程序例程完成后可以恢复原始程序。
• 优先级(Priority)
  1. Reset(highest priority) -> 重置
  2. Data Abort -> 数据预取中止
  3. FIQ
  4. IRQ
  5. Prefetch Abort -> 指令预取中止
  6. Undefined instruction -> 未定义指令
  7. SWI(lowest priority) -> 软件中断(software interrupt)

进入异常流程

1. Preserves the address of the next instruction in the appropriate LR.(在适当的LR中保留下一条指令的地址)
2. Copies the CPSR into the appropriate SPSR.(将CPSR复制到适当的SPSR中)
3. Forces the CPSR mode bits to a value which depends on the exception.(将CPSR模式位设置为当前异常模式位)
4. Forces the PC to fetch the next instruction from the relevant exceptions.(使PC处理相应的异常)

中断向量表(Vector Table)

异常返回

1. PC = LR - offset
2. SPSR -> CPSR
3. Clear the interrupt disable flags that were set on entry(清除在中断时时设置的中断禁用标志)
   

才疏学浅，望雅正！