ARM相关概念

一，相关概念

1.汇编指令：执行一条汇编指令，可以完成某个特定功能

2.汇编指令集：很多条指令的集和

3.架构：根据指令集设计的抽象模式

4.内核：操作系统的核心，arm公司根据不同的架构，设计出不同的内核

5.SOC：system on chip 片上系统 （系统级芯片），架构上SOC=MCU+外围控制器

6.常见简称：

MPU:Microprocessor Unit微处理器，高端处理器，运行linux操作系统

MCU:Microcontroller Unit微控制单元，运行裸机开发

CPU:Central Processing Unit 中央处理器

GPU:graphics processing unit图形处理器

FPU:floating point unit 浮点处理单元

DSP:Digital Signal Processing 数字信号处理

FPGA: Field Programmable Gate Array 可编程逻辑阵列

MMU: Memory Management Unit 内存管理单元

二，常见ARM产品分布

1.A系列：可以运行Linux操作系统，手机，平板，电脑

        v7架构：属于32位处理器

        v8架构：属于64位处理器，向下兼容32位处理器

2.M系列：物联网种用的比较多，单片机开发中使用，可以运行小型操作系统

3.R系列：常用于实时性操作比较高的场合，如汽车电子，摄像机等

三，交叉编译链

1.为什么安装交叉编译工具链

Ubuntu是x86架构，目标板是ARM架构，编译出来的程序无法直接运行，需要使用交叉编译工具链将程序编译生成ARM架构指令集的文件

四，RISC和CISC指令集

指令周期：执行一条指令所需要的事件

指令宽度：指令编译成机器码，占用的代码段空间

1.RISC===精简指令集（ARM架构）：在负载指令集种提取一些比较常用和简单的指令集，指令周期和指令宽度是固定的。

        执行：1.  arm-linux-gnueabihf-gcc -marm 1.c

                  2.   file a.out

        反汇编 ： arm-linux-guneabihf-objdump -D a.out > a.dis

2.CISC===复杂指令集(X86架构)：指令周期和指令宽度不固定

        反汇编：objdump -D a.out > a.dis

五，ARM-V7和ARM-V8，Thumb指令集

1.v7属于32位架构，v8属于64位架构，v8向下兼容v7架构

2.v7指令占32位空间，一次可以完成32位数据的运算

  v8指令占32位空间，一次可以完成64位数据的运算

3.Thumb指令集：支持32位 / 16位。一条指令占16位内存空间

4.v7架构寻址空间 0~2^32-1, v8架构寻址空间0~2^64-1

六，ARM处理器工作模式

 A7核: 1.特权模式：1.SVC，复位模式

                                2.FIQ，快速中断模式

                                3.IRQ，普通中断模式

                                4.undef，未定义模式

                                5.abort，终止模式：1）取数据终止模式，2）取指终止模式

                                6.system，系统模式

        2.非特权模式：user，用户模式，执行用户相关代码

M4核：   1.线程模式：正常运行代码运行模式

                2.异常模式：中断当前正在执行程序，执行中断处理程序，中断程序执行完成后，回到代码原处继续执行代码

总计：在特定的模式下，执行特定的代码，完成某个特定的功能。

特权模式比非特权模式权限高，工作模式可以进行切换：1）软件编程切换 2）外部硬件中断进入。

系统模式和用户模式共用一套寄存器。

arm处理器7种工作模式，cortex另有一种 monitor安全监控模式

七，ARM寄存器组织

1.register变量：寄存器变量，运行速度比较快，不能取地址，只能通过编号进行访问

2.volatile变量：对地址进行操作时，需要在变量前加上volatile，保证每次去内存中取值，而不是在cache缓存器种取值

寄存器：属于核内部的存储器，一般存放暂时参与运算的数据

3.每种工作模式下，都有自己的寄存器，user和system共用一套寄存器，有私有寄存器时，不可以访问共有寄存器，没有私有寄存器，可以访问共有寄存器

4.cortex有43个寄存器，arm有37个寄存器

八，特殊功能寄存器

1.sp----the stack pointer 栈指针寄存器：指向栈空间某一片地址，压栈和出栈时需要移动栈指针

2.lr----the linking register 链接寄存器：保存函数返回地址

3.pc----program counter 程序计数器：指向当前取值指令的地址，pc中的值会自动+4，指向下一条指令

4.cpsr----currented program statued register 当前程序状态寄存器：用于保存当前程序的状态

5.spsr----saved program statued register 保存程序状态寄存器：保存cpsr寄存器中的值

cpsr当前状态寄存器详解：

N[31]：执行结果是否为负数，N=1:负数，N=0:非负数（negative）

Z[30]：结果是否为0 ，Z=1:零，Z=0:非零 (zero)

C[29]:进位 / 借位标志位 （carry）

进位：加法运算产生进位标志位，低32位寄存器向高32位寄存器进行进位

        C = 1:低32位寄存器向高32位寄存器产生进位

        C = 0:低32位寄存器向高32位寄存器没有产生进位

借位：减法运算产生借位标志位，低32位寄存器向高32位寄存器进行借位

        C = 0:低32位寄存器向高32位寄存器进行借位

        C = 1:低32位寄存器向高32位寄存器没有没有进行借位

V[28]：符号位，V=1:变化，V=0:没有变化

I[7]：IRQ中断标志位

        I = 1:屏蔽IRQ中断标志位

        I = 0:不屏蔽IRQ中断标志位

F[6]：FRQ中断标志位

        F = 1:屏蔽FIQ中断标志位

         F = 0:不屏蔽FIQ中断标志位

T[5]：状态标志位 （state）

        T = 0:ARM状态，执行arm指令集，一条汇编指令占用4字节空间

        T = 1:thumb状态,执行thumb指令集，一条汇编指令占用2字节空间

M[4:0]：模式位 （mode）

10000 User mode;

10001 FIQ mode;

10011 SVC mode;

10111 Abort mode;

11011 Undef mode;

11111 System mode;

10110 Monitor mode;

10010 IRQ mode;