读书笔记| （一）ARM9 嵌入式学习：基础篇

读书笔记| ARM9 嵌入式学习

1、ARM处理器简介

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• 基于RISC,采用Load/Store
• 数据存取指令执行时间远大于寄存器内部数据操作指令

• ARM处理器工作模式

  • 用户模式（User mode）
  • 速中断模式（FIQ） ===> 高速数据传输及通道处理
  • 外部中断模式（IRQ）
  • 特权模式（Supervisor）===> cpu上电后默认模式
    
    • 用途: 系统初始化 & 软中断
  • 数据访问终止模式（Abort）
    
    • 支持虚存或存储器保护
    • 访问非法地址时进入该模式
  • 未定义指令终止模式（Undefined）
    
    • 识别不了指令操作时进入该模式
  • 系统模式（System）
    
    • 和用户模式共用一套寄存器

• ARM存储器

  • 4字节对齐
  • 大端格式： 高字节低地址，低字节高地址
  • 小端格式： 高字节高地址，低字节低地址
  • 数据类型： 字节型数据 / 半字 / 字

2、ARM寄存器

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2.1 寄存器概况

• 37个~，31通用~，6个状态寄存器
• 寄存器均为32位
• 修改寄存器某一位：采用“先与后或”的方式

2.2 r0-r15，CPSR/SPSR

• 各模式下公用寄存器存到堆栈中
• r13堆栈指针寄存器(SP)
  
  • 习惯用法，也可用其他寄存器做堆栈指针
  • 每个模式都有自己的r13，指向相应的地址空间
• R14链接寄存器（LR）
  
  • 存放子程序的返回地址
  • 调用子程序时，将当前r15保存到r14
  • 执行完子程序，r14的值复制回R15

• r15程序计数器(PC)

  • PC，不指向当前正在执行的指令
  • 总是指向“正在取指”的指令
  • PC值=当前地址值+8

• CPSR/SPSR

  • 当前/备份程序状态寄存器
    
    • CPSR：公用寄存器
    • SPSR: 独立寄存器
  • 标志位组成：
    
    • 条件标志位
    • 模式控制位
    • IRQ、FIQ中断响应位

2.3 三级流水线: 冯诺依曼结构

• （1）取指:
  从指令存储器取指令
  从存储器装载一条指令
• （2）译码:
  识别将要被执行的指令
• （3）执行:
  产生ALU运算结果或产生存储器地址

2.4 五级流水线: 哈佛结构

• （4）访存:
  访问数据存储器
• （5）回写:
  完成结果写寄存器

3、ARM指令集

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3.1 ARM指令

• 存储器访问指令
• 数据处理指令
• 跳转指令
• 程序状态寄存器访问指令
• 协处理器访问指令

3.2 存储器访问指令

3.2.1 LDR/STR

• ldr r0, 0x12345678
  
  • 把0x12345678这个地址中的值存放到r0中
  • mov不能实现这个功能
  • mov只能在寄存器之间移动数据，或者把立即数移动到寄存器中
• ldr r0, =0x12345678
  
  • 把0x12345678这个值写到r0中
  • 类似MOV，但mov长度不能超过8位

3.2.2 LDM/STM

• IA —-> Increment After
  每次传送后地址加4
• IB—->Increment Before
  每次传送前地址加4
• DA —-> Decrement After
  每次传送后地址减4
• DB —->Decrement Before
  每次传送前地址减4
• FA —-> Full Ascending 满递增堆栈
• FD —-> Full Descending 满递减堆栈
• EA —-> Empty Ascending 空递增堆栈
• ED —-> Empty Descending 空递减堆栈

3.3 数据处理指令

• MOV
• ADD/SUB/BIC/CMP/ORR
• BIC:位清除
• ORR：逻辑或
• swp：内存和寄存器之间字数据交换指令

3.4 跳转指令

• b
• bl

3.5 程序状态寄存器访问指令

• MSR：写状态寄存器指令
• MRS：读~

3.6 协处理器访问指令

• MRC： 协处理器中寄存器的数据传送到arm处理器寄存器中
• MCR： 反之

3.7 ARM伪操作

• GET
  
  • 包含定义常量的源文件
  • 相当于C的“include”
  • GET 2440addr.inc
• AREA/ENTRY/END
• EXPORT/IMPORT
  
  • E：声明外部标号
  • I：引用其他文件定义的标号
• EQU/LTORG/ALIGN
• MACRO/MEND
• MAP/FIELD
• ADRL/LDR

4、ARM宏指令

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5、ARM寻址方式

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• 立即寻址：
  数据在指令中
• 寄存器寻址：
  操作数在寄存器中，指令给出寄存器编号
• 寄存器移位寻址：
  取寄存器的值，做移位运算
• 寄存器间接寻：
  寄存器存操作数的内存地址
• 基址寻址：
  操作数地址=基址寄存器的值+指令给出的偏移量
• 多寄存器寻址
• 堆栈寻址

6、相关细节

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• JTAG： 系统仿真、调试
• 串口： 数据一位一位地顺序传送
• 并口： 同时传送8位数据
• RISC
  
  • Reduced Instruction Set Computer
  • 简单指令硬件实现
  • 复杂指令软件实现
• CISC
  Complex Instruction Set Computer

7、ARM C 语言基础

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7.1 typedef &#define

• T：编译阶段处理
• D：预处理阶段处理

7.2 volatile：

　　每次读写数据，都到内存单元处读取，而非寄存器

7.3 C语言源程序处理过程

• 预处理
• 编译
• 汇编
• 链接

7.4 arm C扩展关键字

• __irq： 定义中断处理函数
• __swi： 定义软中断
• __asm： 嵌入汇编代码 & 完成c代码无法完成的工作
• __inline: 内联函数 & 解决函数调用开销太大的问题
• sizeof: 是一个关键字，非函数

8. 汇编&C混合编程

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8.1 APCS： ARM Process Call Standard

• r0-r3：传递函数参数
• R4-R11：保存函数的局部变量
• 子程序参数大于4时，借助堆栈传递参数
• 函数返回值用R0传递(4字节)，8字节用r0和r1传递
• 浮点数参数可以通过寄存器传递,也可以通过数据栈传递

8.2 在c程序中嵌入汇编代码的原因

• c代码无法操作寄存器
• 嵌入汇编代码提高效率

PS：

FP寄存器

• 浮点参数会用到
• 帧指针寄存器，r11
• 函数局部变量被分配在连续存储区中，它是通过一个指针访问的
  
  • 该连续存储区称为这个函数的存储“帧”