CORTEX-A学习笔记（一）

Cortex-A汇编：

《Cortex-A7 Technical ReferenceManua.pdf》
《ARM Cortex-A(armV7)编程手册 V4.0.pdf》
这两个是ARM官方手册，介绍A7架构和ARMv7-A指令集。
Cortex-A7 MPCore支持1~4核心和大核组成big.LITTLE架构

SCU窥探控制单元功能是：
1、在Cortex-A7处理器之间维护数据Cache的一致性
2、初始化L2存储器访问
3、在请求L2访问的Cortex-A7处理器之间仲裁
4、管理ACP【译者注：加速器一致性端口】访问。
A7中的优势特点：
SIMDv2、ARM VFPv4、支持大物理扩展LPAE，支持40bit存储地址，1TB内存，支持硬件虚拟化、支持Generic Interrupt Controller(GIC)V2.0、支持NEON优化编解码器。

寄存器组
（R0-14）通用数据存储寄存器。R15是程序计数器PC用于保存将要执行的指令。程序状态寄存器CPSR和一个备份程序状态寄存器SPSR。

• 需要用汇编初始化SOC的外设
• 使用汇编初始化DDR、imx6u不需要
• 设置sp指针，一般是指向DDR，设置好C语言运行环境。

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stm32 I/O初始化流程分析

• 使能GPIO时钟
• 设置IO复用
• 配置GPIO电气特性
• 设置GPIO
• 输出电平

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CORTEX-A IO管脚设置分析

• 使能时钟 CCGR0-CCGR6七个寄存器控制所有外设时钟的使能（时钟使能）
• IO复用寄存器IO03，设置MUX_MODE 为gpio模式（设置复用）
• 将寄存器IO03设置PAD电气属性
  + 压摆率
  + 驱动能力
  + 开漏
  + 上下拉
• 配置GPIO功能，设置输入输出
  + 设置DR寄存器bit3为1，输出模式
  GPIO结构图
  

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汇编编程

意义：Cortex-a芯片初始没有C语言环境，需要汇编设置堆栈也就是SP指针。c语言需要函数调用需要出入栈，要初始化DDR,设置好SP。其实stm32也需要汇编，但是ST的官方已经写好了一个.s文件，以至于很多人都不了解，也没有深入研究。
实现：保护现场，需要SP寄存器，堆栈就是一段内存，芯片上电SP是不会初始化的，有些芯片需要初始化DDR。

一、GNU汇编语法

标号: 指令 @ 注释
默认__start开始运行
.text表示代码段
.data初始化的数据段
.bss未初始化的数据段
.rodata只读数据段
.global表示全局变量

ARM不能直接访问RAM，但是可以借助R0~12

读寄存器值

写寄存器值

压栈和出栈
保存R0~R15寄存器的值就叫保护现场（入栈）
恢复R0~R15寄存器的值就叫恢复现场（出栈）

PUSH {R0~R3, R12} @将 R0~R3 和 R12 压栈

跳转指令

b指令是不需要回跳的，下面代码是汇编设置好c语言运行环境后，使用b指令跳转到c程序的main函数中取执行。

算术运算指令

逻辑运算指令

int a,b;a=b;
在汇编中就是存储器访问指令，LDR和STR指令
LDR R0 , =0X30
LDR R1,[R0]
LDR R0,=0X20
STR R1,[R0]

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Cortex-A架构

a7加入了TrustZone安全扩展，所以新增了一种运行模式：Monitor
加入虚拟化扩展的模式：Hyp
Hyp（HYP）模式：是一个超级的监视者，它比超级管理员要稍微低一点，它主要是用来做一些虚拟化的扩展。
R0-7是未备份寄存器，R8-14是备份寄存器，程序计数器PC即R15
R14是LR寄存器，一般用于子函数返回地址，
MOV PC, LR
或者是
PUSH {LR}@将LR寄存器压入栈
POP {PC} @出栈

CPSR

• N 运算结果的正负数表示
• Z 表示运算结果是否为0，CMP指令表示连个数大小是否相等
• C 表示进位
• V 表示算术溢出位
• Q 表示饱和状态
• IT 作为IF-THEN指令执行状态
• J 和 T 组合确定处理器的工作状态
• GE 屋顶SIMD指令有效
• E 大小端控制位
• A 禁止异步中断位
• I 使能或关闭IRQ
• F 使能或关闭FIQ
• M 处理器模式控制位

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编译

1.编译程序

• 将.c .s文件编译成.o文件
• 将所有的.o文件链接成elf格式的可执行文件文件
• elf文件是带可调试信息的文件，相对bin文件带了信息
• 将elf文件转化为bin文件
• 将elf文件转化为汇编程序

2.arm-linux-gcc -g -c led.s -o led.o

• -g带上编译信息
• -c选项编译文件但是不链接

3.arm-linux-ld -Ttext 0x87800000 led.o -o led.elf
链接就是将所有的.o文件链接在一起，并且链接在起始地址。本实验链接的时候就是要指定链接起始地址。链接其实地址就是代码运行的起始地址。对于cortexa来说，链接地址应该指向RAM地址，RAM分为内部RAM和外部RAM也就是DDR，这个片子的内部RAM地址范围是0X900000~0X91FFFF，也可以放到DDR中。对于芯片来说，bin文件不能直接运行，需要加一个头部，这个头部包含了一个DDR的初始化参数，芯片内部boot rom会从sd卡emmc等外置存储器中读取头部信息，然后初始化ddr，并且将bin文件拷贝到指定的地方。
bin的运行地址一定要和链接起始地址一致。位置无关代码除外。
4.arm-linux-objcopy -O binary -S -g led.elf led.bin
生成bin文件
5.arm-linux-objdump -D led.elf > led.dis
反汇编，对于以后c语言开发的项目中可以通过反汇编来分析代码。

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烧写bin文件

stm32是烧写到内部FLASH
芯片支持SD卡、emmc、nand、nor、spi flash等等启动。裸机程序选择烧写到SD卡上面去。
在linux下向SD卡烧写，将bin文件烧写到sd的绝对地址。对于芯片需要bin文件前面添加头部。sd卡挂载在/dev/sd*。
dd命令也可以烧录

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芯片启动分析

1.启动方式选择

• 修改BOOT_MODE[1:0]高低电平
• 串行下载模式，可以将代码下载到内部SD/EMMC、NAND中
• 内部boot模式可以执行内部的bootROM代码，这段bootROM代码会进行硬件初始化（一部分外设），然后从设备（SD/eMMC、NAND）中将代码拷贝出来复制到指定的RAM中，一般是DDR。
  • bootROM代码会先执行初始化时钟

2.boot rom工作内容

• 设置内核时钟为396MHZ,使能MMU和Cache
  使能L1cache和L2cache，目的是加速启动。
  从boot_cfg设置的外置存储中，读取image，然后做相应的处理。

3.IVT和boot data数据

• Image vector table，简称 IVT,IVT 里面包含了一系列的地址信息，这些地址信息在ROM 中按照固定的地址存放着。
• Boot data，启动数据，包含了镜像要拷贝到哪个地址，拷贝的大小是多少等等。
• Device configuration data，简称 DCD，设备配置信息，重点是 DDR3 的初始化配置。
• 以 SD/EMMC 为例，IVT 偏移为 1Kbyte，IVT+Boot data+DCD 的总大小为 4KByte-1KByte=3KByte
• 用户代码可执行文件，比如 led.bin。
• bin文件前面要加头部信息。可以得到，我们烧写到sd卡中的load.imx文件在SD卡中的起始地址是0x400，也就是1024。
  winHEX可以看.imx文件的信息
  头部信息大小3kb，偏移大小1kb，一共是4kb，因此在sd卡中bin文件的起始地址是4096
  0x87FF400是load.imx在DDR中的起始地址，接下来依次存放IVT、Boot Data、DCD。IVT加上Boot Data=32+12=44=0x2C.
  IVT大小为32B/4=8条
  
  
  DCD(Device Config Data)其实是对芯片寄存器地址和对应配置信息的集合，比如开启某些外设的时钟、初始化 DDR 等等。DCD 区域不能超过 1768Byte。
  
  
  
  DCD初始化包含三个部分：
• 设置 CCGR0~CCGR6 这 7 个外设时钟使能寄存器，默认打开所有的外设时钟。
• 配置 DDR3 所用的所有 IO。
• 配置 MMDC 控制器，初始化 DDR3。