ARM体系结构与汇编指令

《朱老师物联网大讲堂》学习笔记

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(1).
ASIC专用芯片 到 可编程器件，
CPU在固定频率下，读取/解析/执行指令，
二进制文件被CPU读取进去，CPU内部电路对二进制文件解码，


(2).
指令集对CPU的意义，
汇编语言：机器指令助记符，
机器指令是CPU设计者制定的，CPU内部电路设计就是为了实现这些指令集的功能，机器指令就好像CPU的API接口一样，
不同CPU的机器指令集设计不同，


(3).
RISC和CISC的区别，
CISC:complex instruction set computer，提供各种指令，一般由300条左右， 
RISC:ruduced instruction set computer, 仅提供最基本的指令，ARM CPU常用指令30条左右，


(4).
CPU的地址总线的位数是CPU设计时确定的，
CPU与内存的连接是直接连接，效率高，速度快，


与CPU连接的IO外设，
1.IO与内存统一编址，
2.独立编址，使用专用的CPU指令来访问某特定外设，


冯诺伊曼：PC，简单，安全和稳定是问题！
哈佛结构；ARM，复杂(需要统一规划链接地址等)，安全稳定，程序一般放在ROM、flash中，数据一般放在RAM中，


(5).
寄存器属于CPU外设的硬件组成部分，是CPU的硬件设计者制定的，是编程控制的开关，是一种“API”，
通用寄存器：是CPU的组成部分，
特殊功能寄存器：SFR，存在于CPU的外设中，


访问寄存器的方法：
1.汇编方式，
ldr r1，=0xE0200280
str r0，[r1]
mov r0, #0
2.C语言方式，
int *p = (int *)0x30008000;
*p = 16;


(6).
服务器等高性能领域目前主导还是Intel，
ARM架构适合嵌入式，


(7).
S5PV210属于ARM Cortex-A8架构，32位CPU，设计时有32根地址线和32根数据线，
地址分配，地址映射，见下图，

(8).
NorFlash
NandFlash
eMMC/iNand/moviNand
oneNAND
SD卡/TF卡/MMC卡
eSSD
SATA硬盘


(9).
内存，
SRAM,上电直接用，
DRAM,需要初始化才能用，


外存，
NorFlash：一般用启动介质，
NandFlash：同硬盘一样，需要初始化，然后通过时序接口来读写，


PC：BIOS(NorFlash)+硬盘(类似NandFlash)+DRAM，
嵌入式：Nand+DRAM+内置SRAM


S5PV210中；Nand+DRAM+内置SRAM+内置iROM，


启动过程；
1.CPU读取并执行iROM中代码（BL0），做一些基本初始化，然后判断并进入某种启动方式，从其中读取启动代码（BL1）到内部SRAM，
2.从SRAM运行上步读取的启动代码，然后执行，BL1这一段代码会初始化Nand，然后将BL2读取到iRAM，然后运行，
3.在iRAM中运行BL2，初始化DRAM，然后将OS从Nand读取到DRAM，然后启动OS，
见图，

(10).
BL0做了什么？
1.关看门狗，
2.初始化指令cache，
3.初始化栈，
4.初始化堆，
5.初始化块设备复制函数,有多个函数从而支持多种启动，
6.设置SOC时钟系统，
7.复制BL1到内部iRAM
8.检查BL1的校验和，
9.跳转到BL1去执行，


不同级别的休眠，图4，

不同启动，图5


(11).
OMpin选择，可以不看，


(12).
ARM的7种模式，
用户模式：user
特权模式；FIQ,IRQ,Supervisor（SVC，复位或者软中断），Abort（存取异常），Undef，System，
异常模式：特权模式-system，


模式的切换和寄存器的不同,自动切换或者通过CPSR，


软件的设计要依赖硬件的特性，硬件的设计要考虑软件需要，操作系统有安全级别要求，因此CPU设计多种模式是为了方便操作系统的多种角色安全等级要求，


(13).
ARM的37个寄存器，
图6，寄存器，影子寄存器（banked register），不同模式下，有名字看起来一样的寄存器，实际不是同一个，

图7，CPSR，


(14).
中断时异常的一种，
异常向量表，CPU设计时定好的，硬件决定的，为软件处理异常提供支持，
图8，


(15)~(16).
指令，
伪指令；指导编译过程，编译后不生成机器码，


ARM汇编风格；LDR R0,[R1]
GNU汇编风格：ldr r0,[r1]


LDR/STR架构，RISC架构CPU本身不直接读取内存，而需要先将内存中内容加载入CPU中通用寄存器才能被CPU处理，
ldr（load register）指令将内存内容加载入通用寄存器，
str（store register）指令将寄存器内容存入内存空间中，


8种寻址方式；
寄存器寻址： mov r1，r2 
立即寻址： mov r0，#0xFF00
寄存器移位寻址 mov r0，r1，lsl#3
寄存器间接寻址 ldr r1，[r2]
基址变址寻址 ldr r1，[r2,#4]
多寄存器寻址 ldmia r1!,{r2——r7，r12} //往r1中加载，r1可以理解为数组，
堆栈寻址 stmfd sp！，{r2-r7,lr}
相对寻址： beq flag //flag是一个标号，


指令后缀：
B（Byte），功能不变，操作长度变为8位，
H（half word），功能不变，操作长度变为16位，
S（signed），功能不变，操作数变为有符号数，
S（S标志,放心和上面没重复），功能不变，影响CRSR标志位，比如mov和movs，

moveq r1，r2
条件执行后缀：
1.条件执行后缀是否成立，不是取决于本句代码，而是取决于这句代码之前的代码运行后的结果，
2.条件后缀决定了本句代码是否执行，不会影响上一句和下一句是否被执行，


流水线：3级（取指，解码，执行）流水线，PC与正在执行指令相差（3-1=2）个周期，


(17).
mov r1,r0 @在两个寄存器之间传递数据
mov r1,#0xff @将立即数赋值给寄存器


mov，mvn区别是按位取反，


eor 逻辑异或，


bit 位清除，
bic r0，r1，#0x1f @将r1中的数bit0到bit4清零后赋值给r0，


mrs(读），msr（写），cpsr访问指令，
mrs r0，cpsr
@...
@对r0中值进行处理
@...
msr cpsr,r0


b 直接跳转，
bl 跳转并保存返回地址到lr，


多字批量访问，
ldm/stm 


立即数，前面加#，
合法立即数：经过移位后非0不超过8位，


swi，software interrupt，


(18).
mcr（写），mrc（读），读写协处理器，
协处理器和MMU,cache，TLB等处理有关，功能上和操作系统的虚拟地址映射，cache管理等有关，


用法张得好奇怪，
       /*
        * disable MMU stuff and caches
        */
        mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0
        bic r0, r0, #0x00002000     @ clear bits 13 (--V-)
        bic r0, r0, #0x00000007     @ clear bits 2:0 (-CAM)
        orr r0, r0, #0x00000002     @ set bit 1 (--A-) Align
        orr r0, r0, #0x00000800     @ set bit 12 (Z---) BTB
        mcr p15, 0, r0, c1, c0, 0

(19).
ldr/str每周期只能访问4字节内存，
于是，出现
ldm(load  register mutiple)，
stm(store register mutiple)，
又是好多后缀，烦躁~ia啊，ib啊，


空栈/满栈，
增栈/减栈，




ldmfd sp！，{r0-r6,pc}
ldmfd sp！，{r0-r6,pc}^
！作用,sp中的值在变化中是否保存，
^作用，在目标寄存器中有pc时，会同时将spsr写入cpsr，一般用于从异常模式返回，
我们常用就stmia和stmfd，


(20).
@这里是注释，下面是标号，
flag：b flag
或者
b .
.代表当前地址，
#0x1f @这是个立即数
.globl _start @添加外部链接属性，
.word @可以当作unsigned int
.align 4 @2^4=16字节对齐，
.end @标识文件结束
.include @头文件包含


ldr 大范围地址加载指令
adr 小范围地址加载指令
adrl 中等范围地址加载指令
nop 空指令