嵌入式编程学习随笔

Posted 2020-12-10 nieaojie625

嵌入式编程

第1章 绪论

1.1 ARM介绍1

第一部分：ARM相关概念

0、为什么要推出ARM汇编 ? 0.1 对比X86，8051汇编，从更底层的角度去理解相关的知识的 ? 0.2 为后续嵌入式课程作准备（S3C2440，STM32F103，EXYNOS4412） ? 0.3 学习目标：了解ARM的体系结构，能看懂ARM汇编

1、ARM分类 ? 参考官方：http://infocenter.arm.com/ ? 1.1版本号分类 ? ARM7 ARM9 ARM11 cortex系列:

Cortex-R

Cortex-M MO M3 M4 M7 ? Cortex-A A8 A9 A15A72 A53

1.2 指令集分类（指令集原则上是向下兼容的）ARMV4 ARMV7 ARMV8

2、ARM商业模式及半导体公司

2.1 IP核（知识产权）

• ARM MIPS X86 PowerPC（IBM）

• ARM出卖IP而不卖芯片的策略

2.2 半导体公司 三星、高通、苹果、NXP（Freescale）、TI、ST、ATMEL、Ambarella MTK、海思、全志、瑞芯微、展讯（基带）、炬力、联咏 例如：S3C2440（ARM9）EXYNOS4412（Cortex-A9） STM32F103（Cortex-M3） i.MX.RT1050（Cortex-M7） i.MX.283（ARM9） AT89C51（8051核） AR9331（MIPS） HI3518（ARM9） NT96650（MIPS）--网络摄像头 A33（Cortex-A7） RK3399（Cortex-A72 A53）--利用了Arm big.LITTLE compatible技术

2.3 生态系统：核公司---半导体公司---半导体生产(台积电等)----产品研发---产品生产 作为个体：半导体行业，产品应用行业 方案选型-调试Demo板-打样生产 （通用方案与专用方案）

 

3、嵌入式处理器

CPU、MCU、GPU、PLC、DSP、SOC、ASIC、FPGA的关系

• CPU包含运算器和控制器

• MCU最简单的理解就是一个芯片就是一个微型计算机

• GPU包含很多个运算器，专门解决图形计算 PLC半成品工控设备

• soc片上系统，专用/通用软件和硬件系统（ESP8266【wifi芯片】）

• ASIC专用集成电路，IP核设计（软核/硬核/固核）

• DSP处理大量数据运算，一般用于音视频计算上。

• EPGA解决程序滞后性问题，并行计算 比如：一个产品上可以同时包含MCU，GPU，SOC，ASIC，DSP，FPGA

第二部分：ARM体系结构

• 哈佛结构与冯式结构

• ARM的处理器状态和处理器模式

• ARM内部寄存器及SFR

• ARM异常处理

• ARM的存储系统（大小端及对齐问题）

 

第三部分：ARM指令系统

• CISC与RISC（指令特点）

• 开发工具

• 寻址方式

• 指令分类

第四部分：ARM汇编编程

• ARM汇编程序格式

• 程序控制

• ARM汇编与C的混合编程

• ARM汇编THUMB2指令集

1.2 ARM介绍2

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第2章 ARM技术与ARM体系结构

2.1 哈佛结构与冯式结构

2.11 两者的区别： ? 哈弗结构：独立的存储架构和信号通道（代码与数据是否统一编址） ? 与是否统一编址没有关系，也与CPU没有关系，与计算机整体设计有关 ? CACHE的引入（CPU内部哈佛结构） ? 8086冯式结构 相同存储（RAM）相同的通道 （统一编址） 区别：运行态与存储态 ? STM32F103哈弗结构 不同的存储（ROM/RAM）不同的通道 （统一编址）

 

 

 

 

8051改进型的哈弗结构 不同的存储（ROM/RAM）相同的通道 （独立编址）

 

 

 

 

ARM9改进型的冯式结构 相同的存储（RAM）/不同的通道 （统一编址） ? 总结：高性能单片机：冯式结构 普通单片机：哈弗结构

2.1.2 总线与I0访问 ARM总线结构（AHB【高速总线】，APB【一般的总线】，AXI【arm自己研发的总线】）与内部外设

 

 

 

 

（系统）总线访问与Io访问（独立与统一） IO就是指CPU的各种内部与外部外设 Io接口的编址方式：Io接口中能被CPU访问的寄存器称为端口/寄存器 端口与存储器统一编址（ARM）uart gpio 端口与存储器独立编址（X86）8259A8255（并口）8253（定时器） 通过MEMR/MEMW和IOR/IOW两组控制信号来实现对I/o端口和存储器的不同寻址 注意：内存（memory map）与内存条，内存条只是内存的一部分

 

2.2、ARM的处理器状态和处理器模式

意：在不同的体系下一些概念有所不同，在这里我们使用S3C2440手册进行参考

2.2.1处理器状态

		ARMV4	ARMV7
ARM状态	执行效率高	32bit	32bit
THUMB状态	代码密度好	16bit	16/32bit（THUMBEE状态）

处理器状态的切换 BX BLX 各种指令：ARM指令（32位），THUMB指令（16位），THUMB2指令（32/16位） CORTEX-M只是指令THUMB2指令子集

2.2.2处理器模式

usr，fiq，irq，svc，abt，sys，und usr（用户模式）:The normal ARM program execution state fiq（快速中断）:Designed to support a data transfer or channel process irq（中断）:Used for general-purpose interrupt handling svc（保护模式）:Protected mode for the operating system

abt（异常）:Entered after a data or instruction prefetch abort sys（用户特权模式）:A privileged user mode for the operating system und（未定义）:Entered when an undefined instruction is executed 设计的目的：提高响应速度，注意：保护模式/特权模式，需要MWU和代码支持

 

2.2.3 ARM流水线设计：五级流水线（ARM9）

每条指令五个工位：取指--译码--执行--访存--回写

	t1	t2	t3	t4	t5	t6
指令1	取指	译码	执行	防存	回写
指令2		取指	译码	执行	防存	回写
指令3			取指	译码	执行	防存	回写
指令4				取指	译码	执行	防存	回写
指令5					取指	译码	执行	防存	回写

结论：程序指针PC=执行指令地址+8