arm体系结构

Posted 2020-09-27

1.可编程器件的编程原理 
（1）一个器件可以被编程就是通过他的寄存器来完成的。也就是说各种外设可以被软件控制的唯一接口就是寄存器。 
（2）CPU的工作分三步 
第一步：读取。从flash读取程序代码（二进制数） 
第二步：解码。把二进制数解码成CPU认识的汇编指令。 
第三步：执行。执行汇编指令。

这些可以被CPU解码执行的二进制指令集是CPU设计的时候确定的，是CPU的设计者（ARM公司）定义的，本质上是一串由1和0组成的数字。这就是CPU的汇编指令集。我们学习CPU就是学习它的汇编指令。

从我们写代码到CPU执行该代码到底发生了什么？ 
（1）写好的代码（如.c程序）被编译器解释成为.s的汇编源代码 
（2）.s的汇编源代码经过汇编器解释称Elf格式二进制可执行程序 
（3）ELf格式二进制可执行程序经过Objcopy工具成为Bin格式烧录文件 
（4）Bin格式烧录文件经过CPU和flash之间的总线读取到CPU中。 
（5）CPU通过CPU内部指令流水线读取代码并解码 
（6）CPU执行解码后的指令。

1）这只是其中最主要的几部分。大体上就是这样。Elf格式的文件是Linux下的可执行程序，类似于windows的.exe文件。在linux系统中，文件的后缀名是没有意义的，关键看文件格式。 
2）从Elf格式到Bin格式，并没有发生什么特别大的变化，只是对代码进行整理方便烧录。

2.指令集对CPU的意义 
一个CPU可以进行的加减乘除这些运算，分别对应一个汇编指令。我们写相应的指令，CPU就进行相应的动作。然而CPU只认识二进制数，也就是说，CPU本身是不认识汇编指令的，汇编是方便程序员理解，每一个汇编指令对应一个特定的二进制数，对应一个CPU的命令。学习一个CPU就是学习它的汇编指令（CPU的指令）。

3.RISC和CISC 
CISC:cmplex instruction set computer 复杂的指令集CPU（intel使用的是CISC）

CISC设计理念是用最少的指令来完成任务，譬如计算乘法只需要一条指令完成任务。CISC的cpu设计复杂、工艺复杂，好处是编译器好设计。Intel至今使用CISC设计。

RISC:Readuced instruction-setComputer 精简指令集（ARM使用的RISC）

RISC的设计理念就是我们只设计最基本的指令，至于要完成更高级的功能或指令，则由软件来编写。

4.统一编址独立编址哈佛结构_冯诺依曼结构

4.1.什么是IO？什么是内存？

IO：inout、output：标准输入输出，是CPU和其他外部设备串口，LCD等之间通信的道路。一般的，IO就是指CPU的各种内部或外部设备。

内存就是一块可以存储数据的区域，CPU和内存之间通过三大总线相连接，进行数据交流。内存和CPU是直接连接方式。CPU和内存之间的总线限制了可访问内存的大小。这样一来，内存资源有限，可扩展性比较差。

IO的访问方式： 
IO指的是CPU与各个外设的连接接口。

在ARM中CPU把寄存器当作内存地址一样来访问各个外设。 
在intel中外设在CPU中没有物理地址，通过汇编指令操作该外设。比如串口。如果要添加外设就要条件对应的汇编指令。典型的CISC设计理念。

4.2.冯诺依曼结构与哈佛结构

冯诺依曼结构：代码和数据存储在一起 
哈佛结构：代码和数据分开存放

5.软件编程控制硬件的关键-寄存器 
（1）寄存器属于CPu外设的硬件组成部分 
（2）cpu可以像访问内存一样去访问寄存器 
（3）寄存器是cpu的制定者制定的，目的是可编程相关外设 
（4）编程操作寄存器类似于操作内存 
（5）寄存器中每个位的作用都不一样，按照位来使用。 
（6）单个寄存器的位宽和cpu位宽一样，和cpu数据总线位数一样大。

寄存器分为2种：通用寄存器和特殊功能寄存器（SFR） 
（1）通用寄存器：该寄存器没有特定的功能，谁都可以使用。 
（2）SFR（special function register，特殊功能寄存器）（和外设绑定）不在cpu中而在外设中。特殊功能寄存器就是说，特殊功能是制定好的，有着特定的功能，为了完成一个外设的功能。

总结：arm是统一编址的，SoC中的各种外设通过各自的SFR编程访问，这些SFR的访问和访问普通内存一样，这叫IO与内存统一编址。

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