ARM相關(guān)概念解釋

時(shí)間：2024-10-15 02:10:00 Linux認(rèn)證

ARM相關(guān)概念解釋

　　ARM處理器是Acorn計(jì)算機(jī)有限公司面向低預(yù)算市場(chǎng)設(shè)計(jì)的第一款RISC微處理器。更早稱作Acorn RISC Machine。ARM處理器本身是32位設(shè)計(jì)，但也配備16位指令集，一般來(lái)講比等價(jià)32位代碼節(jié)省達(dá)35%，卻能保留32位系統(tǒng)的所有優(yōu)勢(shì)。yjbys小編下面為你整理了ARM相關(guān)的概念，希望對(duì)你有所幫助。

　　1.ARM中一些常見英文縮寫解釋

　　MSB：最高有效位;

　　LSB：最低有效位;

　　AHB：先進(jìn)的高性能總線;

　　VPB：連接片內(nèi)外設(shè)功能的VLSI外設(shè)總線;

　　EMC：外部存儲(chǔ)器控制器;

　　MAM：存儲(chǔ)器加速模塊;

　　VIC：向量中斷控制器;

　　SPI：全雙工串行接口;

　　CAN：控制器局域網(wǎng)，一種串行通訊協(xié)議;

　　PWM：脈寬調(diào)制器;

　　ETM：嵌入式跟蹤宏;

　　CPSR：當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器;

　　SPSR：程序保護(hù)狀態(tài)寄存器;

　　2.MAM 使用注意事項(xiàng)：

　　答：當(dāng)改變 MAM 定時(shí)值時(shí)，必須先通過(guò)向 MAMCR 寫入 0 來(lái)關(guān)閉 MAM，然后將新值寫入 MAMTIM。最后，將需要的操作模式的對(duì)應(yīng)值寫入MAMCR，再次打開MAM。

　　對(duì)于低于 20MHz 的系統(tǒng)時(shí)鐘，MAMTIM 設(shè)定為 001。對(duì)于 20MHz 到 40MHz 之間的系統(tǒng)時(shí)鐘，建議將Flash訪問(wèn)時(shí)間設(shè)定為2cclk，而在高于40MHz的系統(tǒng)時(shí)鐘下，建議使用3cclk。

　　3.VIC 使用注意事項(xiàng)

　　答：如果在片內(nèi)RAM當(dāng)中運(yùn)行代碼并且應(yīng)用程序需要調(diào)用中斷，那么必須將中斷向量重新映射到Flash地址0x0。這樣做是因?yàn)樗械漠惓Ｏ蛄慷嘉挥诘刂?x0及以上。通過(guò)將寄存器MEMMAP(位于系統(tǒng)控制模塊當(dāng)中)配置為用戶RAM模式來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。用戶代碼被連接以便使中斷向量表裝載到0x4000 0000。

　　4. ARM啟動(dòng)代碼設(shè)計(jì)

　　答：ARM啟動(dòng)代碼直接面對(duì)處理器內(nèi)核和硬件控制器進(jìn)行編程，一般使用匯編語(yǔ)言。啟動(dòng)代碼一般包括：

　　中斷向量表

　　初始化存儲(chǔ)器系統(tǒng)

　　初始化堆棧初始化有特殊要求的端口、設(shè)備

　　初始化用戶程序執(zhí)行環(huán)境

　　改變處理器模式

　　呼叫主應(yīng)用程序

　　5.IRQ 和 FIQ 之間的區(qū)別

　　答：IRQ和FIQ是ARM處理器的兩種編程模式。IRQ是指中斷模式，F(xiàn)IR是指快速中斷模式。對(duì)于 FIQ 你必須盡快處理你的事情并離開這個(gè)模式。IRQ 可以被 FIQ 所中斷，但 IRQ 不能中斷 FIQ。為了使 FIQ 更快，所以這種模式有更多的影子寄存器。FIQ 不能調(diào)用 SWI(軟件中斷)。FIQ 還必須禁用中斷。如果一個(gè) FIQ 例程必須重新啟用中斷，則它太慢了，并應(yīng)該是 IRQ 而不是 FIQ。

　　6.ARM處理器對(duì)異常中斷的響應(yīng)過(guò)程

　　答：ARM處理器對(duì)異常中斷的響應(yīng)過(guò)程如下所述：

　　保存處理器當(dāng)前狀態(tài)、中斷屏蔽位以及各條件標(biāo)志位;

　　設(shè)置當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器CPSR中的相應(yīng)位;

　　將寄存器lr_mode設(shè)置成返回地址;

　　將程序計(jì)數(shù)器值PC，設(shè)置成該異常中斷的中斷向量地址，跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)異常中斷處執(zhí)行。

　　7.ARM指令與Thumb指令的區(qū)別

　　答：在ARM體系結(jié)構(gòu)中，ARM指令集中的指令是32位的指令，其執(zhí)行效率很高。對(duì)于存儲(chǔ)系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線為16位的應(yīng)用系統(tǒng)，ARM體系提供了Thumb指令集。Thumb指令集是對(duì)ARM指令集的一個(gè)子集重新編碼得到的，指令長(zhǎng)度為16位。通常在處理器執(zhí)行ARM程序時(shí)，稱處理器處于ARM狀態(tài);當(dāng)處理器執(zhí)行Thumb程序時(shí)，稱處理器處于Thumb狀態(tài)。Thumb指令集并沒(méi)有改變ARM體系地層的程序設(shè)計(jì)模型，只是在該模型上加上了一些限制條件。Thumb指令集中的數(shù)據(jù)處理指令的操作數(shù)仍然為32位，指令尋址地址也是32位的。

　　8.什么是ATPCS

　　答：為了使單獨(dú)編譯的C語(yǔ)言程序和匯編程序之間能夠相互調(diào)用，必須為子程序之間的調(diào)用規(guī)定一定的規(guī)則。ATPCS就是ARM程序和Thumb程序中子程序調(diào)用的基本規(guī)則。這些規(guī)則包括寄存器使用規(guī)則，數(shù)據(jù)棧的使用規(guī)則，參數(shù)的傳遞規(guī)則等。

　　9.ARM程序和Thumb程序混合使用的場(chǎng)合

　　答：通常，Thumb程序比ARM程序更加緊湊，而且對(duì)于內(nèi)存為8位或16位的系統(tǒng)，使用Thumb程序效率更高。但是，在下面一些場(chǎng)合下，程序必須運(yùn)行在ARM狀態(tài)，這時(shí)就需要混合使用ARM和Thumb程序。

　　強(qiáng)調(diào)速度的場(chǎng)合，應(yīng)該使用ARM程序;

　　有些功能只能由ARM程序完成。如：使用或者禁止異常中斷;

　　當(dāng)處理器進(jìn)入異常中斷處理程序時(shí)，程序狀態(tài)切換到ARM狀態(tài)，即在異常中斷處理程序入口的一些指令是ARM指令，然后根據(jù)需要程序可以切換到Thumb狀態(tài)，在異常中斷程序返回前，程序再切換到ARM狀態(tài)。

　　ARM處理器總是從ARM狀態(tài)開始執(zhí)行。因而，如果要在調(diào)試器中運(yùn)行Thumb程序，必須為該Thumb程序添加一個(gè)ARM程序頭，然后再切換到Thumb狀態(tài)，執(zhí)行Thumb程序。

　　10.ARM處理器運(yùn)行模式

　　答：ARM微處理器支持7種運(yùn)行模式，分別為：

　　用戶模式(usr)：ARM處理器正常的程序執(zhí)行狀態(tài);

　　快速中斷模式(fiq)：用于高速數(shù)據(jù)傳輸或通道管理;

　　外部中斷模式(irq)：用于通用的中斷處理;

　　管理模式(svc)：操作系統(tǒng)使用的保護(hù)模式;

　　數(shù)據(jù)訪問(wèn)終止模式(abt)：當(dāng)數(shù)據(jù)或指令預(yù)取終止時(shí)進(jìn)入該模式，用于虛擬存儲(chǔ)及存儲(chǔ)保護(hù);

　　系統(tǒng)模式(sys)：運(yùn)行具有特權(quán)的操作系統(tǒng)任務(wù);

　　未定義指令中止模式(und)：當(dāng)未定義指令執(zhí)行時(shí)進(jìn)入該模式，可用于支持硬件協(xié)處理器的軟件仿真。

　　11.ARM體系結(jié)構(gòu)所支持的異常類型

　　答：ARM體系結(jié)構(gòu)所支持的異常和具體含義如下(圈里面的數(shù)字表示優(yōu)先級(jí))：

　　復(fù)位①：當(dāng)處理器的復(fù)位電平有效時(shí)，產(chǎn)生復(fù)位異常，程序跳轉(zhuǎn)到復(fù)位異常處執(zhí)行(異常向量：0x0000,0000);

　　未定義指令⑥：當(dāng)ARM處理器或協(xié)處理器遇到不能處理的指令時(shí)，產(chǎn)生為定義異常�？墒褂迷摦惓C(jī)制進(jìn)行軟件仿真(異常向量：0x0000,0004);

　　軟件中斷⑥：有執(zhí)行SWI指令產(chǎn)生，可用于用戶模式下程序調(diào)用特權(quán)操作指令�？墒褂迷摦惓C(jī)制實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能調(diào)用(異常向量：0x0000,0008);

　　指令預(yù)取中止⑤：若處理器的預(yù)取指令的地址不存在，或該地址不允許當(dāng)前指令訪問(wèn)，存儲(chǔ)器會(huì)向處理器發(fā)出中止信號(hào)，當(dāng)預(yù)取指令被執(zhí)行時(shí)，才會(huì)產(chǎn)生指令預(yù)取中止異常(異常向量：0x0000,000C);

　　數(shù)據(jù)中止②：若處理器數(shù)據(jù)訪問(wèn)的指令的地址不存在，或該地址不允許當(dāng)前指令訪問(wèn)，產(chǎn)生數(shù)據(jù)中止異常(異常向量：0x0000,0010);

　　IRQ④(外部中斷請(qǐng)求)：當(dāng)處理器的外部中斷請(qǐng)求引腳有效，且CPSR中的I位為0時(shí)，產(chǎn)生IRQ異常。系統(tǒng)的外設(shè)可以該異常請(qǐng)求中斷服務(wù)(異常向量：0x0000,0018);

　　FIQ③(快速中斷請(qǐng)求)：當(dāng)處理器的快速中斷請(qǐng)求引腳有效，且CPSR中的F位為0時(shí)，產(chǎn)生FIQ異常(異常向量：0x0000,001C)。

　　說(shuō)明：其中異常向量0x0000,0014為保留的異常向量。

　　12.ARM體系結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器格式

　　答：ARM體系結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器格式有如下兩種：

　　大端格式：字?jǐn)?shù)據(jù)的高字節(jié)存儲(chǔ)在低地址中，字?jǐn)?shù)據(jù)的低字節(jié)存放在高地址中;

　　小端格式：與大端存儲(chǔ)格式相反，高地址存放數(shù)據(jù)的高字節(jié)，低地址存放數(shù)據(jù)的低字節(jié)。

　　13.ARM寄存器總結(jié)：

　　ARM有16個(gè)32位的寄存器(r0到r15)。

　　r15充當(dāng)程序寄存器PC，r14(link register)存儲(chǔ)子程序的返回地址，r13存儲(chǔ)的是堆棧地址。

　　ARM有一個(gè)當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器：CPSR。

　　一些寄存器(r13，r14)在異常發(fā)生時(shí)會(huì)產(chǎn)生新的instances，比如IRQ處理器模式，這時(shí)處理器使用r13_irq和r14_irq

　　ARM的子程序調(diào)用是很快的，因?yàn)樽映绦虻姆祷氐刂凡恍枰娣旁诙褩Ｖ小?/p>

　　14.存儲(chǔ)器重新映射的原因：

　　使Flash存儲(chǔ)器中的FIQ處理程序不必考慮因?yàn)橹匦掠成渌鶎?dǎo)致的存儲(chǔ)器邊界問(wèn)題;

　　用來(lái)處理代碼空間中段邊界仲裁的SRAM和Boot Block向量的使用大大減少;

　　為超過(guò)單字轉(zhuǎn)移指令范圍的跳轉(zhuǎn)提供空間來(lái)保存常量。

　　ARM中的重映射是指在程序執(zhí)行過(guò)程中通過(guò)寫某個(gè)功能寄存器位操作達(dá)到重新分配其存儲(chǔ)器地址空間的映射。一個(gè)典型的應(yīng)用就是應(yīng)用程序存儲(chǔ)在Flash/ROM中，初始這些存儲(chǔ)器地址是從0開始的，但這些存儲(chǔ)器的讀時(shí)間比SRAM/DRAM長(zhǎng)，造成其內(nèi)部執(zhí)行頻率不高，故一般在前面一段程序?qū)⒋a搬移到SRAM/DRAM中去，然后重新映射存儲(chǔ)器空間，將相應(yīng)SRAM/DRAM映射到地址0，重新執(zhí)行程序可達(dá)到高速運(yùn)行的目的。

　　15.存儲(chǔ)異常向量表中程序跳轉(zhuǎn)使用LDR指令，而不使用B指令的原因：

　　LDR指令可以全地址范圍跳轉(zhuǎn)，而B指令只能在前后32MB范圍內(nèi)跳轉(zhuǎn);

　　芯片具有Remap功能。當(dāng)向量表位于內(nèi)部RAM或外部存儲(chǔ)器中，用B指令不能跳轉(zhuǎn)到正確的位置。

　　16.鎖相環(huán)(PLL)注意要點(diǎn)：

　　PLL在芯片復(fù)位或進(jìn)入掉電模式時(shí)被關(guān)閉并旁路，在掉電喚醒后不會(huì)自動(dòng)恢復(fù)PLL的設(shè)定;

　　PLL只能通過(guò)軟件使能;

　　PLL在激活后必須等待其鎖定，然后才能連接;

　　PLL如果設(shè)置不當(dāng)將會(huì)導(dǎo)致芯片的錯(cuò)誤操作。

　　17.ARM7與ARM9的區(qū)別：

　　ARM7內(nèi)核是0.9MIPS/MHz的三級(jí)流水線和馮&S226;諾伊曼結(jié)構(gòu);ARM9內(nèi)核是五級(jí)流水線，提供1.1MIPS/MHz的哈佛結(jié)構(gòu)。

　　ARM7沒(méi)有MMU，ARM720T是MMU的;ARM9是有MMU的，ARM940T只有Memory protection unit.不是一個(gè)完整的MMU。

　　ARM7TDMI提供了非常好的性能——功耗比。它包含了Thumb指令集快速乘法指令和ICE調(diào)試技術(shù)的內(nèi)核。ARM9的時(shí)鐘頻率比ARM7更高，采用哈佛結(jié)構(gòu)區(qū)分了數(shù)據(jù)總線和指令總線。

　　18.VIC的基本操作如下：

　　答：設(shè)置IRQ/FIQ中斷，若是IRQ中斷則可以設(shè)置為向量中斷并分配中斷優(yōu)先級(jí)，否則為非向量IRQ。然后可以設(shè)置中斷允許，以及向量中斷對(duì)應(yīng)地址或非向量中斷默認(rèn)地址。當(dāng)有中斷后，若是IRQ中斷，則可以讀取向量地址寄存器，然后跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的代碼。當(dāng)要退出中斷時(shí)，對(duì)向量地址寄存器寫0，通知VIC中斷結(jié)束。當(dāng)發(fā)生中斷時(shí)，處理器將會(huì)切換處理器模式，同時(shí)相關(guān)的寄存器也將會(huì)映射。

　　19.使用外部中斷注意

　　把某個(gè)引腳設(shè)置為外部中斷功能后，該引腳為輸入模式，由于沒(méi)有內(nèi)部上拉電阻，所以必須外接一個(gè)上拉電阻，確保引腳不被懸空;

　　除了引腳連接模塊的設(shè)置，還需要設(shè)置VIC模塊，才能產(chǎn)生外部中斷，否則外部中斷只能反映在EXTINT寄存器中;

　　要使器件進(jìn)入掉電模式并通過(guò)外部中斷喚醒，軟件應(yīng)該正確設(shè)置引腳的外部中斷功能，再進(jìn)入掉電模式。

　　20.UART0的基本操作方法

　　設(shè)置I/O連接到UART0;

　　設(shè)置串口波特率(U0DLM、U0DLL);

　　設(shè)置串口工作模式(U0LCR、U0FCR);

　　發(fā)送或接收數(shù)據(jù)(U0THR、U0RBR);

　　檢查串口狀態(tài)字或等待串口中斷(U0LSR)。

　　21.I2C的基本操作方法

　　答：I2C主機(jī)基本操作方法：