驱动开发基础ARM基础

SOC&＃xff1a;片内系统&＃xff08;一颗芯片内包括CPU&＃43;存储...&＃xff09;



CPU:运算器&＃43;控制器



嵌入式特点&＃xff1a;专用



多核处理器&＃xff1a;SMP&＃xff08;对称多核处理器&＃xff09;、FPGA&＃43;ARM&＃xff08;非对称多核&＃xff09;、AMP&＃xff08;非对称&＃xff09;



交叉编译工具链&＃xff1a;&＃xff08;表示基于对应设备运行环境的&＃xff09;编译器、链接器、汇编器...



地址总线、数据总线&＃xff1a;CPU通过地址总线寻址&＃xff0c;通过数据总线和外部设备进行数据交互。其中&＃xff0c;地址总线的位数决定了CPU的寻址范围&＃xff0c;数据总线的位数决定了单次通信能交换的信息数量。最后&＃xff0c;总线的速度决定了CPU和外设互换信息的速度&＃xff08;高速总线、低速总线&＃xff09;



机器指令&＃xff1a;机器码&＃xff08;1010...的排列组合&＃xff0c;在设计CPU时定义&＃xff09;



汇编语言&＃xff1a;汇编语言就是CPU内部机器指令集的助记符&＃xff08;MOV : 01000101&＃xff09;,不同CPU的机器指令集设计不同&＃xff0c;所以汇编程序不能再CPU之间移植。汇编语言可以充分发挥CPU设计特点&＃xff0c;效率是最高的



CISC:复杂指令集&＃xff0c;指令集种类非常多&＃xff0c;用尽量少的指令完成一件事&＃xff08;intel一直用的CISC&＃xff09;



RISC&＃xff1a;精简指令集&＃xff0c;只提供基本功能指令集&＃xff1b;CPU的设计变简单了&＃xff0c;但是编译器的设计变难了。



内存&＃xff1a;RAM,内部存储器&＃xff0c;程序运行的场所&＃xff0c;&＃xff08;DRAM、SRAM、DDR...&＃xff09;&＃xff1b;SRAM&＃xff08;容量小、价格高、优点不需要初始化&＃xff09;&＃xff1b;DRAM&＃xff08;容量大、价格低、缺点是需要上电初始化&＃xff09;



外存&＃xff1a;ROM&＃xff0c;外部存储器&＃xff0c;用来存储东西的&＃xff08;flash、u盘...&＃xff09;



内存和外存区别&＃xff1a;CPU接内存和外存的连接方式不同&＃xff0c;内存需要直接地址访问&＃xff0c;就是通过地址总线&＃43;数据总线方式访问&＃xff08;访问速度快&＃xff0c;随机访问&＃xff09;&＃xff1b;外存是通过CPU的外存接口来连接&＃xff08;好处是不占用CPU的地址总线&＃xff0c;坏处是访问速度慢&＃xff09;



I/O&＃xff1a;输入输出设备&＃xff0c;访问外部设备接口



冯诺依曼结构、哈佛结构&＃xff1a;一个是数据和程序放在一起&＃xff08;intel&＃xff09;、一个是程序和数据分开放&＃xff08;单片机和嵌入式&＃xff09;&＃xff0c;个人认为&＃xff0c;哈佛结构更好&＃xff0c;安全。



地址映射&＃xff1a;CPU的地址总线在CPU设计的时候就已经设计好了的&＃xff08;ARM做的&＃xff0c;它预留了很多&＃xff0c;给厂商自己分配&＃xff09;&＃xff0c;还有一部分是预留的&＃xff0c;可以自由发挥&＃xff0c;一般用作通用内存等



Norflash&＃xff1a;总线方式访问&＃xff0c;可以直接接到地址总线上&＃xff0c;小&＃xff0c;贵&＃xff0c;可靠&＃xff0c;不易丢



NandFlash&＃xff1a;容易产生坏块&＃xff0c;需要软件处理&＃xff0c;不能直接通过总线式访问&＃xff0c;需要上电后进行一些初始化操作&＃xff0c;然后通过时序接口读写。



一般PC机&＃xff1a;很小容量BIOS&＃xff08;NorFlash&＃xff09;&＃43;很大容量的硬盘&＃xff08;类似NandFlash&＃xff09;&＃43;大容量DRAM&＃xff1b;

一般单片机&＃xff1a;很小容量NorFlash&＃43;很小容量SRAM

嵌入式&＃xff1a;SOC内置的SRAM&＃43;外接大容量Nand&＃43;外接大容量DRAM



eMMC&＃xff1a;&＃xff08;embeded MMC&＃xff09;本身自带坏块处理等&＃xff0c;目前手机等大容量用的都是eMMC。



oneNAND&＃xff1a;三星出的一种NAND



SATA硬盘&＃xff1a;机械式访问、磁存储原理、成本低、SATA是接口



为什么嵌入式设备启动方式这么复杂&＃xff1f;

这个是由于各种各样的原因&＃xff0c;最后妥协的结果。

首先&＃xff0c;需要先介绍一下NandFlash&＃xff08;容量大、存储快、便宜、需要初始化才能使用&＃xff09;、NorFlash&＃xff08;容量小、存储慢、贵、CPU可以直接通过总线式访问不需要初始化&＃xff09;、DRAM&＃xff08;动态内存、容量大、便宜、需要初始化&＃xff09;、SRAM&＃xff08;容量小、贵、可以直接使用&＃xff09;

嵌入式设备的配置大部分是大容量的外存NandFlash&＃43;大容量的DDR&＃xff0c;这种配置是不可能将板子启动的&＃xff0c;因为它们都需要上电进行初始化后才能工作&＃xff0c;而CPU又必须要读取到程序才能执行初始化操作&＃xff0c;等于死锁。因此&＃xff0c;大牛们设计出了一种方式&＃xff0c;他们在片内增加了一小段NorFlash&＃xff0c;并将程序放到这一块&＃xff0c;板卡上电后会自动的从这一块读取bootloader&＃xff0c;bootloader的内容则是初始化DRAM、NandFlash等&＃xff0c;然后再将NandFlash中的内核镜像读取到DDR中运行。

可能有人会疑惑&＃xff0c;那为什么不能直接把内核镜像放到NorFlash中去呢&＃xff1f;上电就能直接启动系统了&＃xff0c;原因是因为贵啊&＃xff0c;NorFlash成本太大了&＃xff0c;要控制成本&＃xff0c;所以才有了这种方案&＃xff0c;绕了一圈&＃xff0c;就是为了省钱&＃xff01;



ARM编程模式、工作模式&＃xff1a;Thumb指令集&＃xff0c;ARM指令集&＃xff0c;Thumb2指令集&＃xff1b;7种工作模式



CPU异常处理流程&＃xff1a;拷贝CPSR到对应模式下的SPSR并重新设置CPSR&＃xff0c;保存返回地址到lr&＃xff0c;设置pc为相应的异常向量表入口&＃xff1b;返回时&＃xff0c;从SPSR恢复CPSR&＃xff0c;从lr恢复pc。恍然大悟!



ARM总共有37个寄存器&＃xff0c;但每种模式下最多能看到18个寄存器。其他寄存器只能在特定模式下才能看到&＃xff0c;叫做影子寄存器&＃xff08;P13,P14,SPSR&＃xff09;



指令、伪指令&＃xff1a;指令就是cpu执行的机器码的助记符&＃xff1b;伪指令是编译器提供的&＃xff0c;在编译的过程中间起作用&＃xff0c;编译完成后就没有作用了&＃xff0c;并不会生成机器码。



ARM采用RISC架构&＃xff0c;CPU不能直接读取内存&＃xff0c;必须先将内存中内容加载到CPU中通用寄存器中才能被CPU处理。



eor&＃xff08;逻辑异或&＃xff09;&＃xff1b;bic&＃xff08;位清除指令&＃xff09;&＃xff1b;tst&＃xff08;测试特定位是否为0&＃xff09;&＃xff1b;mrs&＃xff08;读CPSR到寄存器&＃xff09;&＃xff1b;msr&＃xff08;将寄存器中的值写到CPSR&＃xff09;&＃xff1b;bx&＃xff08;跳转同时切换至ARM模式&＃xff09;&＃xff1b;mrc&＃xff08;读取cp15到寄存器&＃xff09;&＃xff1b;mcr&＃xff08;将寄存器中的数据写到cp15&＃xff09;&＃xff1b;

.global&＃xff08;添加外部链接属性&＃xff09;&＃xff1b;.section&＃xff08;指定段为代码段 &＃xff09;&＃xff1b;.align&＃xff08;字节对齐&＃xff09;

栈&＃xff1a;C语言中的局部变量都是放栈里面的&＃xff0c;ARM通常使用满减栈&＃xff08;因为ATPCS规定&＃xff09;满减栈、满增栈、空减栈、空增栈&＃xff1a;满栈&＃xff08;进栈&＃xff0c;先移动指针再存&＃xff1b;出栈&＃xff0c;先出数据再移动指针&＃xff09;

cache&＃xff1a;cache叫高速缓存&＃xff1b;cache的存在是因为寄存器和DDR的速度差价太大了&＃xff0c;不能满足CPU需要&＃xff0c;所以没有cache会拉低整个系统的整体速度&＃xff1b;Icache&＃xff08;用来缓存指令&＃xff0c;那CPU运行指令的边上几句指令缓存到cache&＃xff0c;&＃xff09;&＃xff0c;Dcache&＃xff08;用来缓存数据&＃xff09;

位置无关编码&＃xff08;汇编源文件被编码成二进制可执行程序试编码方式和位置&＃xff08;内存地址&＃xff09;无关&＃xff09;&＃xff1b;位置有关编码&＃xff08;汇编源文件被编码成二进制可执行程序试编码方式和位置&＃xff08;内存地址&＃xff09;有关&＃xff09;

代码重定位&＃xff08;只需重定位代码段和数据段&＃xff09;&＃xff1a;做这件事情的原因是因为&＃xff0c;我们想让镜像在某一个地址运行&＃xff0c;但实际镜像并不在那块地址&＃xff0c;那就需要用到代码重定位将镜像搬运到我们想要的那块内存地址上&＃xff08;此时整个内存地址中就有两个镜像&＃xff09;&＃xff0c;然后再用跳转指令跳到那块地址上运行。
其实&＃xff01;更多的时候&＃xff0c;代码重定位的作用是这样的&＃xff1a;在soc内部通常都有一个iRAM&＃xff0c;这个片内内存非常小&＃xff0c;只有几十k&＃xff08;因为很贵&＃xff09;&＃xff0c;而我们常用的bootloader镜像远比这个大&＃xff0c;没法把整个镜像放到iRAM中运行&＃xff0c;因此大牛们设计了一种方式&＃xff0c;他们先将bootloader的一部分拿到iRAM中运行&＃xff0c;这一部分功能就是初始化Flash&＃xff0c;初始化DDR&＃xff0c;再将Flash中的bootloader镜像全部搬运到DDR中&＃xff0c;再跳转到DDR中运行完整的bootloader。

adr指令用于加载运行时的地址&＃xff1b;ldr指令用于加载链接地址

bss段在汇编代码处被清零。

SDRAM&＃xff1a;同步动态随机存储器
DDR&＃xff1a;是SDRAM的升级版&＃xff0c;双倍速SDRAM。DDR还有好多代&＃xff0c;DDR1,DDR2...