入门ARM必须要理解的22个常用概念

2020-05-27 01:26:58

入门ARM [原创文章：www.ii77.com]

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文章枚举了关于ARM的22个常用概念。包罗一些使用注重事项、ARM启动代码设计、ARM处理器运行模式、ARM系统构造所支撑的非常类型和一些根基把持方式等等。

ARM中一些常见英文缩写注释

MSB：最高有效位
LSB：最低有效位
AHB：进步的高机能总线
VPB：保持片表里设功能的VLSI外设总线
EMC：外部存储器掌握器
MAM：存储器加快模块
VIC：向量休止掌握器
SPI：全双工串行接口
CAN：掌握器局域网，一种串行通信和谈
PWM：脉宽调制器
ETM：嵌入式跟踪宏
CPSR：当前途序状况寄放器
SPSR：法式珍爱状况寄放器

MAM使用注重事项

当改变MAM准时值时，必需先经由向MAMCR写入0来封闭MAM，然后将新值写入MAMTIM。最后，将需要的把持模式的对应值写入MAMCR，再次打开MAM。

对于低于20MHz的系统时钟，MAMTIM设定为001。对于20MHz到40MHz之间的系统时钟，建议将Flash接见时间设定为2cclk，而在高于40MHz的系统时钟下，建议使用3cclk。

VIC使用注重事项

若是在片内RAM傍边运行代码而且应用法式需要挪用休止，那么必需将休止向量从新映射到Flash地址0x0。

如许做是因为所有的非常向量都位于地址0x0及以上。经由将寄放器MEMMAP(位于系统掌握模块傍边)设置为用户RAM模式来实现这一点。用户代码被保持以便使休止向量表装载到0x4000 0000。

ARM启动代码设计

ARM启动代码直接面临处理器内核和硬件掌握器进行编程，一样使用汇编说话。启动代码一样包罗：

休止向量表
初始化存储器系统
初始化客栈初始化有特别要求的端口、设备
初始化用户法式执行情况
改变处理器模式
呼叫主应用法式

IRQ和FIQ之间的区别

IRQ和FIQ是ARM处理器的两种编程模式。IRQ是指休止模式，FIR是指快速休止模式。对于FIQ你必需尽快处理你的事情并脱离这个模式。IRQ能够被FIQ所休止，但IRQ不克休止FIQ。

为了使FIQ更快，所以这种模式有更多的影子寄放器。FIQ不克挪用SWI(软件休止)。FIQ还必需禁用休止。若是一个FIQ例程必需从新启用休止，则它太慢了，并应该是IRQ而不是FIQ。

ARM对非常休止的响应过程

ARM处理器对非常休止的响应过程如下所述：

留存处理器当前状况、休止屏障位以及各前提标记位
设置当前途序状况寄放器CPSR中的响应位
将寄放器lr_mode设置成返回地址
将法式计数器值PC，设置成该非常休止的休止向量地址，跳转到响应非常休止处执行

ARM与Thumb指令的区别

在ARM系统构造中，ARM指令集中的指令是32位的指令，其执行效率很高。对于存储系统数据总线为16位的应用系统，ARM系统供应了Thumb指令集。Thumb指令集是对ARM指令集的一个子集从新编码获得的，指令长度为16位。

平日在处理器执行ARM法式时，称处理器处于ARM状况；当处理器执行Thumb法式时，称处理器处于Thumb 状况。Thumb指令集并没有改变ARM系统底层的法式设计模型，只是在该模型上加上了一些限制前提。Thumb指令集中的数据处理指令的把持数仍然为32位，指令寻址地址也是32位的。

什么是ATPCS

为了使零丁编译的C说话法式和汇编法式之间可以互相挪用，必需为子法式之间的挪用划定必然的划定。ATPCS就是ARM法式和Thumb法式中子法式挪用的根基划定。这些划定包罗寄放器使用划定，数据栈的使用划定，参数的传递划定等。

ARM和Thumb夹杂使用的场合

平日，Thumb法式比ARM法式加倍紧凑，并且对于内存为8位或16位的系统，使用Thumb法式效率更高。然则，鄙人面一些场合下，法式必需运行在ARM状况，这时就需要夹杂使用ARM和Thumb法式。

强调速度的场合，应该使用ARM法式；有些功能只能由ARM法式完成。如：使用或许禁止非常休止；当处理器进入非常休止处理法式时，法式状况切换到ARM状况，即在非常休止处理法式进口的一些指令是ARM指令，然后凭据需要法式能够切换到Thumb状况，在非常休止法式返回前，法式再切换到ARM状况。

ARM处理器老是从ARM状况起头执行。因而，若是要在调试器中运行Thumb法式，必需为该Thumb法式添加一个ARM法式头，然后再切换到Thumb状况，执行Thumb法式。

ARM处理器运行模式

ARM微处理器支撑7种运行模式，离别为：

用户模式(usr)：arm处理器正常的法式执行状况
快速休止模式(fiq)：用于高速数据传输或通道治理
外部休止模式(irq)：用于通用的休止处理
治理模式(svc)：把持系统使用的珍爱模式
数据接见完结模式(abt)：当数据或指令预取完结时进入该模式，用于虚拟存储及存储珍爱
系统模式(sys)：运行具有特权的把持系统义务
不决义指令中止模式(und)：当不决义指令执行时进入该模式，可用于支撑硬件协处理器的软件仿真

ARM系统构造所支撑的非常类型

ARM系统构造所支撑的非常和具体寄义如下(圈里面的数字透露优先级)：

复位①：当处理器的复位电平有效时，发生复位非常，法式跳转到复位非常处执行(非常向量：0x0000，0000)
数据中止②：若处理器数据接见的指令的地址不存在，或该地址不许可当前指令接见，发生数据中止非常(非常向量：0x0000，0010)
FIQ③(快速休止恳求)：当处理器的快速休止恳求引脚有效，且CPSR中的F位为0时，发生FIQ非常(非常向量：0x0000，001C)。
IRQ④(外部休止恳求)：当处理器的外部休止恳求引脚有效，且CPSR中的I位为0时，发生IRQ非常。系统的外设能够该非常恳求休止办事(非常向量：0x0000，0018)
指令预取中止⑤：若处理器的预取指令的地址不存在，或该地址不许可当前指令接见，存储器会向处理器发出中止旌旗，当预取指令被执行时，才会发生指令预取中止非常(非常向量：0x0000，000C)
不决义指令⑥：当ARM处理器或协处理器碰到不克处理的指令时，发生为界说非常。可使用该非常机制进行软件仿真(非常向量：0x0000，0004)
软件休止⑥：有执行SWI指令发生，可用于用户模式下法式挪用特权把持指令。可使用该非常机制实现系统功能挪用(非常向量：0x0000，0008)

解说：个中非常向量0x0000，0014为保留的非常向量。

ARM系统构造的存储器花样

ARM系统构造的存储器花样有如下两种：

大端花样：字数据的高字节存储在低地址中，字数据的低字节存放在高地址中
小端花样：与大端存储花样相反，高地址存放数据的高字节，低地址存放数据的低字节。

ARM寄放器总结

ARM有16个32位的寄放器(r0到r15)，r15充任法式寄放器PC，r14(link register)存储子法式的返回地址，r13存储的是客栈地址。ARM有一个当前途序状况寄放器：CPSR。

一些寄放器(r13，r14)在非常发生时会发生新的instances，好比IRQ处理器模式，这时处理器使用r13_irq和r14_irq。ARM的子法式挪用是很快的，因为子法式的返回地址不需要存放在客栈中。

存储重视新映射(Remap)的原因

使Flash存储器中的FIQ处理法式不必考虑因为从新映射所导致的存储器界限问题；用来处理代码空间中段界限仲裁的SRAM和Boot Block向量的使用大大削减；为跨越单字转移指令局限的跳转供应空间来留存常量。

ARM中的重映射是指在法式执行过程中经由写某个功能寄放器位把持达到从新分派其存储器地址空间的映射。

一个典型的应用就是应用法式存储在Flash/ROM中，初始这些存储器地址是从0起头的，但这些存储器的读时间比SRAM/DRAM长，造成其内部执行频率不高，故一样在前面一段法式将代码搬移到SRAM /DRAM中去，然后从新映射存储器空间，将响应SRAM/DRAM映射到地址0，从新执行法式可达到高速运行的目的。

存储非常向量表中跳转使用LDR

LDR指令能够全地址局限跳转，而B指令只能在前后32MB局限内跳转；芯片具有Remap功能。当向量表位于内部RAM或外部存储器中，用B指令不克跳转到准确的位置。

锁相环(PLL)注重要点

PLL在芯片复位或进入掉电模式时被封闭并旁路，在掉电叫醒后不会主动恢复PLL的设定
PLL只能经由软件使能
PLL在激活后必需守候其锁定，然后才能保持
PLL若是设置欠妥将会导致芯片的错误把持

ARM7与ARM9的区别

ARM7内核是0.9MIPS/MHz的三级流水线和冯S226，诺伊曼构造；ARM9内核是五级流水线，供应1.1MIPS/MHz的哈佛构造。ARM7没有MMU，ARM720T是MMU的；ARM9是有MMU的，ARM940T只有Memory protection unit，不是一个完整的MMU。

ARM7TDMI供应了非常好的机能——功耗比。它包含了Thumb指令集快速乘法指令和ICE调试手艺的内核。ARM9的时钟频率比ARM7更高，采用哈佛构造区分了数据总线和指令总线。

VIC的根基把持如下

设置IRQ/FIQ休止，若是IRQ休止则能够设置为向量休止并分派休止优先级，不然为非向量IRQ，然后能够设置休止许可，以及向量休止对应地址或非向量休止默认地址。

当有休止后，若是IRQ休止，则能够读取向量地址寄放器，然后跳转到响应的代码。当要退出休止时，对向量地址寄放器写0，通知VIC休止竣事。当发生休止时，处理器将会切换处理器模式，同时相关的寄放器也将会映射。

使用外部休止注重

把某个引脚设置为外部休止功能后，该引脚为输入模式，因为没有内部上拉电阻，所以必需外接一个上拉电阻，确保引脚不被悬空
除了引脚保持模块的设置，还需要设置VIC模块，才能发生外部休止，不然外部休止只能反映在EXTINT寄放器中
要使器件进入掉电模式并经由外部休止叫醒，软件应该准确设置引脚的外部休止功能，再进入掉电模式

UART0的根基把持方式

设置I/O保持到UART0
设置串口波特率(U0DLM、U0DLL)
设置串口工作模式(U0LCR、U0FCR)
发送或领受数据(U0THR、U0RBR)
搜检串口状况字或守候串口休止(U0LSR)

I2C的根基把持方式

设置I2C管脚保持
设置I2C时钟速度(I2SCLH、I2SCLL)
设置为主机，并发送肇端旌旗(I2CONSET的I2EN、STA位为1、AA位为0)
发送从机地址(I2DAT)，掌握I2CONSET发送
判断总线状况(I2STAT)，进行数据传输掌握
发送竣事旌旗(I2CONSET)

PWM根基把持方式

保持PWM功能管脚输出，即设置PINSEL0、PINSEL1
设置PWM准时器的时钟分频值(PWMPR)，获得所要的准时器时钟
设置对照成家掌握(PWMMCR)，并设置响应对照值(PWMMRx)
设置PWM输出体式并许可PWM输出(PWMPCR)及锁存使能掌握(PWMLER)
设置PWMTCR，启动准时器，使能PWM

运行过程中要更改对照值时，更改之后要设置锁存使能。使用双边缘PWM输出时，建议使用PWM2、PWM4、PWM6；使用单边PWM输出时，在PWM周期起头时为高电平，成家后为低电平，使用PWMMR0作为PWM周期掌握，PWMMRx作为占空比掌握。

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