读书笔记| ARM9 嵌入式学习

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”