以ARM和RISC-V为内核的单片机写寄存器

Posted 2021-05-21 北纬三十度夏至

　　我以为这是个很简单的问题，没想到还有一些初学者不会。可能他们也是跟我一样是直接学的如何操作单片机并没有学微机原理么。

　　ARM和RISC-V的机器的系统架构都是哈佛结构的，意思是程序存储器、数据存储器和其他的乱七八糟的外设寄存器啥啥的都是存在同一个地址空间的，他们可以说使用同一个访问的指令去读去写。51和X86不是哈佛结构的。

　　具体来讲，ARM和RV都是上电后，CPU从0地址取第一条代码，当然了这一条命令很可能是全字长的，而且是个跳转指令，跳到复位函数里的指令。0地址开始的很大一部分空间作为程序存储器是用来的存放指令的，使用flash结构存储，对于CPU来讲可读不可写。写flash需要处CPU控制外设进行，过程较为复杂，速度也慢。CPU写数据是写在RAM中的，单片机的RAM一般相对flash要小很多，ARM和RISC-V的RAM都是从0x2000-0000开始，掉电数据即都丢失。

　　CPU所有的操作的数据暂存都是在内核寄存器里进行，然后写回到内存中，即RAM中，内核寄存器是可以和CPU同样的频率去读写的，但内核寄存器很少，ARM大概32个，RV多点，用处限制很多，数据还是要写回到RAM中的，但是CPU访问是需要时间的，慢点的CPU都是要2个周期，而几百兆的单片机可能还不止两个周期，所以M7内核的几个变态单片机出现了“紧密耦合内存TCM”和cache和概念，我猜想是被划到紧密耦合内存的部分RAM可以以两个周期的时间访问，而D-cache是不是可以零等待访问，当做内存寄存器一样，毕竟cache是被划到内核的组成部分的。

　　单片机的RAM一般从几十KB到几百KB不等，都是SRAM结构的，嵌入式和PC机的RAM一般是DRAM，便宜低功耗，DRAM是没有SRAM读写的快的，所以嵌入式和PC机的处理器如果要从内存中找一个数据，会延迟更久，所以现在X86的CPU有一级cache二级cache甚至三级cache，应该是存放指令或者数据的。

　　以上都是计算机原理的内容，对于用C写代码的我们来说不重要。

　　如果我们要对某个寄存器写入数据，我们需要知道它的绝对地址，比如朝0x2002-0000这个地址写一个值，当然我们需要保证这个地址是可写的，且CPU有权限去写，否则轻则写不进去重则CPU发现自己访问非法地址进了异常。

　　我们首先将这个绝对地址强制转换成指针，一般转换成整形指针，像这样，(int *)0x20020000，然后加一个读地址符号*，就可以，比如，*(int *)0x20020000=0x11223344;。当然了实际上0x2002-0000是一个内存的地址，不是外设的寄存器，当然原理一样。

　　为了程序运行速度我们还是要考虑访存速度点，即使是设计单片机的代码，毕竟你从片内的SRAM取指令和从诸如FSMC外扩的RAM取指令的速度是不一样的。