關(guān)于ARM的22個常用概念！

時間：2020-04-27 09:59:04

關(guān)鍵字： ARM THUMB I2C 外部中斷

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[導(dǎo)讀]1.ARM中一些常見英文縮寫解釋 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：外部存儲器控制器； MAM：存儲器加速模塊； 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

1.ARM中一些常見英文縮寫解釋

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：外部存儲器控制器；

MAM：存儲器加速模塊；

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：

答：當(dāng)改變 MAM 定時值時，必須先通過向 MAMCR 寫入 0 來關(guān)閉 MAM，然后將新值寫入 MAMTIM。最后，將需要的操作模式的對應(yīng)值寫入MAMCR，再次打開MAM。

對于低于 20MHz 的系統(tǒng)時鐘，MAMTIM 設(shè)定為 001。對于 20MHz 到 40MHz 之間的系統(tǒng)時鐘，建議將Flash訪問時間設(shè)定為2cclk，而在高于40MHz的系統(tǒng)時鐘下，建議使用3cclk。

3.VIC 使用注意事項

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。這樣做是因為所有的異常向量都位于地址 0x0及以上。通過將寄存器MEMMAP（位于系統(tǒng)控制模塊當(dāng)中）配置為用戶RAM模式來實現(xiàn)這一點(diǎn)。用戶代碼被連接以便使中斷向量表裝載到0x4000 0000。

4. ARM啟動代碼設(shè)計

答：ARM啟動代碼直接面對處理器內(nèi)核和硬件控制器進(jìn)行編程，一般使用匯編語言。啟動代碼一般包括：

中斷向量表

初始化存儲器系統(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。對于 FIQ 你必須盡快處理你的事情并離開這個模式。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 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處理器對異常中斷的響應(yīng)過程

答：
ARM處理器對異常中斷的響應(yīng)過程如下所述：

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。對于存儲系統(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ARM指令集的一個子集重新編碼得到的，指令長度為16位。通常在處理器執(zhí)行ARM程序時，稱處理器處于ARM狀態(tài)；當(dāng)處理器執(zhí)行Thumb程序時，稱處理器處于Thumb狀態(tài)。Thumb指令集并沒有改變ARM體系地層的程序設(shè)計模型，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程序混合使用的場合

答：通常，Thumb程序比ARM程序更加緊湊，而且對于內(nèi)存為8位或16位的系統(tǒng)，使用Thumb程序效率更高。但是，在下面一些場合下，程序必須運(yùn)行在ARM狀態(tài)，這時就需要混合使用ARM和Thumb程序。

強(qiáng)調(diào)速度的場合，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，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)訪問終止模式（abt）：當(dāng)數(shù)據(jù)或指令預(yù)取終止時進(jìn)入該模式，用于虛擬存儲及存儲保護(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）：

復(fù)位①：當(dāng)處理器的復(fù)位電平有效時，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，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，可用于用戶模式下程序調(diào)用特權(quán)操作指令?？墒褂迷摦惓C(jī)制實現(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，存儲器會向處理器發(fā)出中止信號，當(dāng)預(yù)取指令被執(zhí)行時，才會產(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)訪問的指令的地址不存在，或該地址不允許當(dāng)前指令訪問，產(chǎn)生數(shù)據(jù)中止異常（異常向量：0x0000,0010）；

IRQ④（外部中斷請求）：當(dāng)處理器的外部中斷請求引腳有效，且CPSR中的I位為0時，產(chǎn)生IRQ異常。系統(tǒng)的外設(shè)可以該異常請求中斷服務(wù)（異常向量：0x0000,0018）；

FIQ③（快速中斷請求）：當(dāng)處理器的快速中斷請求引腳有效，且CPSR中的F位為0時，產(chǎn)生FIQ異常（異常向量：0x0000,001C）。

說明：其中異常向量0x0000,0014為保留的異常向量。

12.ARM體系結(jié)構(gòu)的存儲器格式

答：

ARM體系結(jié)構(gòu)的存儲器格式有如下兩種：

大端格式：字?jǐn)?shù)據(jù)的高字節(jié)存儲在低地址中，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32位的寄存器（r0到r15）。

r15充當(dāng)程序寄存器PC，r14（link register）存儲子程序的返回地址，r13存儲的是堆棧地址。

ARM有一個當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器：CPSR。

一些寄存器（r13，r14）在異常發(fā)生時會產(chǎn)生新的instances，比如IRQ處理器模式，這時處理器使用r13_irq和r14_irq

ARM的子程序調(diào)用是很快的，因為子程序的返回地址不需要存放在堆棧中。

14.存儲器重新映射（Remap）的原因：

使Flash存儲器中的FIQ處理程序不必考慮因為重新映射所導(dǎo)致的存儲器邊界問題；

用來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；

為超過單字轉(zhuǎn)移指令范圍的跳轉(zhuǎn)提供空間來保存常量。

ARM中的重映射是指在程序執(zhí)行過程中通過寫某個功能寄存器位操作達(dá)到重新分配其存儲器地址空間的映射。一個典型的應(yīng)用就是應(yīng)用程序存儲在 Flash/ROM中，初始這些存儲器地址是從0開始的，但這些存儲器的讀時間比SRAM/DRAM長，造成其內(nèi)部執(zhí)行頻率不高，故一般在前面一段程序?qū)?代碼搬移到SRAM/DRAM中去，然后重新映射存儲器空間，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)入掉電模式時被關(guān)閉并旁路，在掉電喚醒后不會自動恢復(fù)PLL的設(shè)定；

PLL只能通過軟件使能；

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)將會導(dǎo)致芯片的錯誤操作。

17.ARM7與ARM9的區(qū)別：

ARM7內(nèi)核是0.9MIPS/MHz的三級流水線和馮&S226;諾伊曼結(jié)構(gòu)；ARM9內(nèi)核是五級流水線，提供1.1MIPS/MHz的哈佛結(jié)構(gòu)。

ARM7沒有MMU，ARM720T是MMU的；ARM9是有MMU的，ARM940T只有Memory protection unit.不是一個完整的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，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，對向量地址寄存器寫0，通知VIC 中斷結(jié)束。當(dāng)發(fā)生中斷時，處理器將會切換處理器模式，同時相關(guān)的寄存器也將會映射。

19.使用外部中斷注意

把某個引腳設(shè)置為外部中斷功能后，該引腳為輸入模式，由于沒有內(nèi)部上拉電阻，所以必須外接一個上拉電阻，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：