读书笔记| (一)ARM9 嵌入式学习:基础篇

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1、ARM处理器简介


  • 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


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


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


5、ARM寻址方式


  • 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


  • 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


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


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”

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