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[導(dǎo)讀] 文章羅列了關(guān)于ARM的22個(gè)常用概念。包括一些使用注意事項(xiàng),ARM啟動(dòng)代碼設(shè)計(jì),ARM處理器運(yùn)行模式,ARM體系結(jié)構(gòu)所支持的異常類(lèi)型和一些基本操作方法等等。1.ARM中一些常見(jiàn)英文縮寫(xiě)解釋MSB:最高有效位;LSB:最低有效位

 文章羅列了關(guān)于ARM的22個(gè)常用概念。包括一些使用注意事項(xiàng),ARM啟動(dòng)代碼設(shè)計(jì),ARM處理器運(yùn)行模式,ARM體系結(jié)構(gòu)所支持的異常類(lèi)型和一些基本操作方法等等。

1.ARM中一些常見(jiàn)英文縮寫(xiě)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(xiě)入 0 來(lái)關(guān)閉 MAM,然后將新值寫(xiě)入 MAMTIM.最后,將需要的操作模式的對(duì)應(yīng)值寫(xiě)入MAMCR,再次打開(kāi)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? 0x0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(hù)RAM模式來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。用戶(hù)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(hù)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(kāi)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(chēng)處理器處于ARM狀態(tài);當(dāng)處理器執(zhí)行Thumb程序時(shí),稱(chēng)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(kāi)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(hù)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(lèi)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。可使用該異常機(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(hù)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(Remap)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(xiě)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(kāi)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(niǎo)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(xiě)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:

設(shè)置I2C管腳連接;

設(shè)置I2C時(shí)鐘速率(I2SCLH、I2SCLL);

設(shè)置為主機(jī),并發(fā)送起始信號(hào)(I2CONSET的I2EN、STA位為1,AA位為0);

發(fā)送從機(jī)地址(I2DAT),控制I2CONSET發(fā)送;

判斷總線狀態(tài)(I2STAT),進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸控制;

發(fā)送結(jié)束信號(hào)(I2CONSET)。

I2C從機(jī)基本操作方法:

設(shè)置I2C管腳連接;

設(shè)置自身的從機(jī)地址(I2ADR);

使能I2C(I2CONSET的I2EN、AA位為1);

判斷SI位或等待I2C中斷,等待主機(jī)操作;

判斷總線狀態(tài)I2STAT,進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸控制。

22.PWM基本操作方法:

連接PWM功能管腳輸出,即設(shè)置PINSEL0、PINSEL1;

設(shè)置PWM定時(shí)器的時(shí)鐘分頻值(PWMPR),得到所要的定時(shí)器時(shí)鐘;

設(shè)置比較匹配控制(PWMMCR),并設(shè)置相應(yīng)比較值(PWMMRx);

設(shè)置PWM輸出方式并允許PWM輸出(PWMPCR)及鎖存使能控制(PWMLER);

設(shè)置PWMTCR,啟動(dòng)定時(shí)器,使能PWM;

運(yùn)行過(guò)程中要更改比較值時(shí),更改之后要設(shè)置鎖存使能。

使用雙邊沿PWM輸出時(shí),建議使用PWM2、PWM4、PWM6;使用單邊PWM輸出時(shí),在PWM周期開(kāi)始時(shí)為高電平,匹配后為低電平,使用PWMMR0作為PWM周期控制,PWMMRx作為占空比控制。

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