ARM基础知识
ARM的学习笔记，欢迎查阅，思维导图+具体内容：
1、二极管、三极管、晶闸管
二极管（正向导通），三极管（电流触发的电路放大器），晶闸管（电压触发的电路放大器）。
2、APB
低带宽的周边外设之间的连接
3、DMA
直接访问存储器
4、AHB
系统总线，主存总线，高级高性能总线
5、Cache：高速缓冲存储器（容量小，价格高，速度快）
(1) 在cpu中，对于cpu频繁访问的数据部分，在Cache中备份，使cpu不用再去内存访问，提高访问效率
(2) 如果需要修改一个变量的值，修改的是内存中的值，但如果一个变量在Cache中有备份，需要经常修改这个变量值，如果因为修改不匹配，导致内存中的值改变，Cache中值不变，则这个变量不适合在Cache备份，需要CPU直接访问内存。Volatile（译：可变的易变的）：防止编译器优化（不要在Cache中有备份）
6、FLASH种类：Norflash，Nandflash
(1) Norflash外存，不用初始化，可以直接执行程序，容量小，价格高
(2) Nandflash外存，必须初始化，不能执行程序，容量大，价格低
7、什么是ARM
ARM既可以认为是一个公司的名字，也可以认为是对一类处理器的统称，还可以认为是一种技术的名字。
ARM公司设计ARM系统RISC处理器内核。
RISC：精简指令集，指令简单且少，复杂功能需要简单指令组合实现，功耗较低；
CISC：复杂指令集，指令复杂且多，电路设计也比较复杂，功耗较高。
8、什么是SOC片上系统
SoC(System on Chip，System on chip片上系统，整一个电路系统完成一个具体功能的东西)：指的是片上系统，MCU（微控制器）只是芯片级的芯片，而SoC是系统级的芯片，它既有MCU那样有内置RAM、ROM，同时又有MPU（微处理器）那样强大，不单单是放简单的代码，可以放系统级的代码，也就是说可以运行操作系统（以Linux OS为主）(将就认为是MCU集成化与MPU强处理力各优点二合一)。
9、Armv7、Cortex-a9、Exynos4412、Fs4412区别
| Armv7 | Cortex-a9 | Exynos4412 | Fs4412 |
|---|---|---|---|
| 内核架构 | 内核型号 | soc型号（芯片型号） | 板子型号 |
| ARM公司设计 | ARM公司设计 | samsung公司 | 华清远见 |
一个架构可能制造多个内核。
内核种类：
Cortex-a：application 高端应用领域，可以跑LInux系统，比如：手机、平板
Cortex-r：real-time实时，工业、汽车电子。。。RTOS
Cortex-m：单片机 比如：STM32、UCOS、FreeRTOS
10、ARMv7架构
采用的是32位架构，即寄存器32位，内存地址32位。字节8位，半字16位（2bite），字32位置（4bite），双字64位（8byte）。
大部分ARM core指令集32-bit，Thrumb指令集16-bit。
cortex-a处理器采用16位和32位Thumb-2指令集，16位和32位ThumbEE指令集。
11、ARM的8种工作模式
FIQ与IRQ都是硬件产生的中断
其中除了user模式都是特权模式
除了user，system,monitor模式之外都是异常模式
12、ARM的5种异常模式，七种异常源
| 序号 | 异常模式 | 异常源 |
|---|---|---|
| 1 | irq模式 | irq中断 |
| 2 | fig模式 | fig中断 |
| 3 | svc模式 | 复位 |
| swi指令 | ||
| 4 | about模式 | 存储数据异常 |
| 预取指异常 | ||
| 5 | under模式 | 未指定指令异常 |
12、ARM寄存器
寄存器特点：
* cpu内部一共有37个寄存器；
* FIQ私有寄存器最多；
* ARM的每种工作模式下，都有属于自己的lr与sp寄存器（system与user使用相同寄存器集）
* pc和cpsr寄存器只有一个
* moniter模式也有自己的寄存器，加上的话，CPU一共40个寄存器寄存器种类：
-
- sp：栈顶指针
- lr：程序返回地址
- cpsr：程序状态寄存器
- spsr：保存cpsr的寄存器
- pc：程序计数器，指向正在取指的指令地址
13、指令的执行流程
指令被执行要经过三道工序：取指（控制器到指定内存地址取指令放到寄存器）、译码、执行。
ARM_day2
1、为什么要使用交叉编译工具链
不同CPU，架构不一样，指令集也不一样。
即：同一段C程序，在不同的CPU下编译出来的汇编语言与机器语言不同，所以需要编译工具链，译码。
2、什么是汇编指令、伪指令、立即数
汇编指令：汇编指令是机器指令（32位的二进制数）的助记符，经过编译可以得到机器指令，由cpu读取执行
伪指令：不是真正的汇编指令，是用来指导编译过程的，由编译器提供（编译器不同，伪指令不同）
立即数：类似C语言的常数，在汇编中表示为:#1，#2
3、汇编指令格式：
| {} | {s} | , | , | {} | |
|---|---|---|---|---|---|
| 汇编指令 | 执行条件 | 是否影响cpsr寄存器的高四位 | 目标寄存器 | 第一个操作数寄存器，只能是寄存器，mov没有 | 第二操作数，可以是寄存器，也可以是立即数 |
其中:< >内的项是必须的，{ }是可选的
执行条件（条件码）
CPSR（程序状态寄存器）
使用mov指令需要考虑立即数是否合法
1、如果立即数在0-255之间肯定是合法
2、如果超出了255，就要看这个数能不能通过一个0-7位有值其他位为0的这个数循环右移偶数位得到，如果能就是合法，否则就是非法
3、非法的立即数可以ldr伪指令，ldr r3,=0x12345678
32位机器指令解析
| 31-28 | 27-26 | 25 | 24-21 | 20 | 19-16 | 15-12 | 11-0 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| condition | 0/0 | I | opcode | S | Rn | Rd | 寄存器：3-0 第二操作数寄存器 5-6 移位方式 11-7 移动的位数 立即数：0-7 一个立即数 8-11：0-7位的立即数要循环右移的位数 |
| 条件码 | 预留 | 1：立即数 0：寄存器 | 指令 | 1：影响CPSR高四位 0：不影响CPRS高四位 | 第一操作数 | 目标寄存器 |
31-28：条件码
27-26：预留，默认是0
25：1 第二操作数是立即数 0 第二操作数是寄存器
24-21：汇编指令 mov：1101
20：1 影响cpsr的高四位 0 不影响cpsr的高四位
19-16：0000 第一操作数
15-12：目标寄存器
11-0：如果是寄存器：3-0 第二操作数寄存器 5-6 移位方式 11-7 移动的位数
如果是立即数：0-7 一个立即数 8-11：0-7位的立即数要循环右移的位数
4、指令列表
| 数据搬移 | mov r0, #1 mov r1，r0 | @将立即数1拷贝到寄存器r0中 @r1 = r0 | |
|---|---|---|---|
| 伪指令：ldr | ldr r0,=0x12345678 | r0 = 0x12345678 | |
| 数据取反 | mvn r1，r0 | @对r0取反后将值放入r1中 | |
| mov r1,r0,lsl #1 | @将r0左移1位赋值给r1，最终的值 = 初始值 * 2^n，n是移动的位数 | ||
| mov r1,r0,lsr #1 | @将r0右移1位赋值给r1 最终的值 = 初始值 / 2^n n是移动的位数 | ||
| 算数指令：加 | Add r2,r1,r0 | @r2 = r1+r0 | |
| Add r2,r1,lsl #2 | @r2 = r2 + r1 | ||
| 算数指令：减 | Sub r2,r1,r0 | @r2 = r1-r0 | |
| 算数指令：乘 | Mul r2,r1,r0 | @r2 = r1 * r0 | |
| 逻辑指令：与 | And r2,r1,r0 | @r2 = r1 & r0 | |
| 逻辑指令：或 | Orr r2,r1,r0 | @r2 = r1 | r0 |
| 逻辑指令：清零 | Bic r2,#0x11 | @将r2的第四位和第0位清0 | |
| A = a & ~(0x7 | 将一个数的3-5位设置为101 | ||
| 比较指令 不加s都会影响cpsr的高四位 | cmp r0,r1 moveq r2,#0xee movhi r2,#0xdd movcc r2,#0xcc | @判断r0和r1的大小 @r0=r1 r2 = 0xee @r0 > r1 r2 = 0xdd @r0 < r1 r2 = 0xcc | |
| Tst r0,#0x10 | @判断r0的第4位是否为0 | ||
| 跳转指令 ATPS标准规定：如果需要传参r0-r3就是用来传参的，r0是返回值，如果大于4个参数就要用到栈区 | start: b start | 直接跳转到loop处 | |
| start: bl start mov pc,lr | 跳转时，保存中断地址地址 可以通过lr寄存器访问 | ||
| 内存操作指令：ldr 将内存的内容（指令或者数据）拷贝到寄存器 | ldr r0,[r1] | 将内存r1处的内容，拷贝到r0寄存器中 | |
| ldrh r2,[r0] ldrb r2,[r0] Ldrb r2,[r0,#1] Ldrb r2,[r0],#1 | 每次操作2个字节 每次操作1个字节 @r2 = *(r0+1) @r2 = *r0, r0 = r0+1 | ||
| 内存操作指令：str 将寄存器的内容拷贝到内存 | Str r0,[r1] | 将寄存器r0的内容，拷贝到r1内存中 | |
| strh r2,[r1] strb r2,[r1] | 每次操作2个字节 每次操作1个字节 |
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1、块存储指令
ldm（load much）：将一整块连续内存空间的内容拷贝到一组寄存器中 （内存 -> 寄存器）
stm（store much）：将一组寄存器的内容拷贝到一整块连续的内存空间中 （寄存器 -> 内存）
内存存储方式：从小到大，从大到小
地址增加操作内存方式：先改变地址再访问内容，先访问内容再改变地址
I：增加increase
A：之后after
D：减少decrease
B：之前before
Ia：先访问内存，再增加地址 p++
Ib：先增加地址，再访问内存 ++p
Da：先访问内存，再减小地址 p--
Db：先减小地址，再访问内存 --p
ARM一般使用的是stmia，Idmia
Ldmia r0,{r1,r3,r5} 内存 —> 寄存器 @将r0内存地址处的内存拷到r1，r3，r5寄存器中
Ldmia r0,{r1-r5} 内存 —> 寄存器 @将r0内存地址处的内容拷贝到r1，r2，r3，r4，r5寄存器中
Stmia r0,{r1-r5} 内存
2、堆栈操作
堆栈特点：
1、只在栈顶进行操作（进栈出栈都会引起栈顶的变化）
2、先进后出
增栈、减栈、满栈、空栈
增栈：地址的变化方向从小到大
减栈：地址的变化方向从大到小
满栈：栈顶有数据，sp地址有内容
空栈：栈顶没有数据，sp地址没有内容
ARM使用的是满减栈：
Stmfd sp!, {r0-r12} 入栈 栈区
Ldmfd sp!, {r0-r12} 出栈 栈区内容 —> 寄存器
3、8种寻址方式（b与链接脚本）
| 立即数寻址 | mov r0,#1 |
|---|---|
| 寄存器寻址 | mov r1,r0 |
| 寄存器间接寻址 | ldr r1,[r0] |
| 寄存器移位寻址 | mov r0,r1,lsl #1 |
| 基址变址寻址 | ldr r1,[r0,#4] |
| 多寄存器寻址 | ldmia r0, {r1-r3} |
| 相对寻址 | b aa |
| 堆栈寻址 | stmfd sp!,{r0-r12} |
相对寻址 b：
b aa （范围2^24 = 64Mb，±32Mb）
跳转到目标地址 目标地址 = pc + 偏移量
如果超出32M的范围：Ldr pc,=fun
链接脚本
4、异常中断与Swi软中断指令
当异常中断产生时，ARM core执行顺序如下：
- 将CPSR拷贝到SPSR
mrs r0, cpsr r0
msr cpsr, r0 r0
- 处理器状态进入ARM状态
- 处理器模式进入相应异常模式
- 保存返回地址，存入 LR 寄存器中
- 根据异常向量表，PC 指向相应异常向量
- 执行异常处理函数，将需要保存的数据存入堆栈中，完成异常处理函数，弹出堆栈数据
- 从SPSR恢复CPSR
- 从LR返回程序
注：这些操作只能在ARM中执行
软件中断（SWI）
SWI地址 = LR返回地址 - 4
^ @^将spsr恢复到cpsr
