学习嵌入式之硬件——ARM体系

一、ARM内核基础知识

1.ALU：算术逻辑单元；完成运算的电路

2.通用寄存器：R0~R15

• R13（SP）：栈指针寄存器：指向栈顶的位置；并在函数调用、中断处理等场景中自动更新。
• R14（LR）：连接寄存器：保存PC要回来的位置，在PC调用完了，把地址给PC
• R15（PC）program counter 程序计数器；保存当前指令要执行的下一条指令的地址
• R0~12：随便存

3.cache：高速缓存；RAM和内核速度不匹配；

•         I cache：指令高速缓存    instruction
•         d cache：数据高速缓存   data

4.MMU：memory management unit 

        内存管理单元；映射虚拟内存和物理内存：提高内存的使用效率

5.CPSR：current program status register

        当前程序状态寄存器，有一位可调整大小端，默认小端

6.SPSR：saved program status register

        用于保存程序状态寄存器（CPSR）的值

7.CISC：complex instruction set computer

        复杂指令计算机；体积大功耗大成本高，不适合便捷；在80%情况下，只能用20%功能

8.RISC：reduce  instruction set computer

        精简指令集计算机，容易集成在便携式设备上

9.cortex 系列：（从ARM 11）

•         cortex  A：应用，消费类电子，便携类设备；A7系列
•         cortex R：实时性高，高端，军工、卫星；
•         cortex M：单片机系列

A：arm  32位  指令

T：sam 16位

10.哈佛结构和冯诺依曼

（1）哈佛架构

• 程序存储和数据存储分离：哈佛架构使用独立的存储器和总线来分别存储程序和数据。程序存储器专门用于存储指令，数据存储器用于存储变量和数据。

（2）冯·诺伊曼架构

• 程序存储和数据存储统一：冯·诺伊曼架构使用同一套存储器和总线来存储程序和数据。程序和数据存储在同一个存储空间中，通过地址来区分指令和数据。

11.总线（bus）

•         AHB：先进的高速总线，连接高速设备，USB、RAM（早期叫北桥）
•         APB：先进外设总线，连接低速设备串口、GPIO，定时器（早期叫南桥）

  PCI：插显卡
（1）多总线结构

•         可选择的DMA总线：直接内存访问

（2）单总线结构：

DSP：数字图像处理

12.编译器

（1）汇编

•         对内核进行一些操作，比如关闭MMU，打开SP,打开I cache，关闭d cache 
•         arm-gcc：交叉编译工具链。编译出来的程序，电脑运行不了。只能运行在ARM板上，问题：编译出来的代码无法在主机运行，只能在目标机上运行

13.最小系统

封装方式：BGA封装、TSOP封装、COB封装

二、RAM&&ROM

1.RAM

（1）sram(static ram)
用晶体管存储0、1；

        速度快，成本高，存储密度低；

        应用于单片机。

（2）dram(dynamic ram)动态存储
用电容充放电存储0，1；

        功耗大，需要外接（外接刷新电路，电路复杂（定期向存储1的补充电荷）），读写速度低于sram，成本低，存储密度大；

        多应用与高端Soc。

（3）sdram(synchronous dram)
增加了同步电路，提高dram的数据读写速度（dram升级版）。

（4）ddr ram(ddr sdramldouble data rate sdram)
为sdram的下一代；双倍速（双数据速率）

（5）iram(internal ram)
注意iram并非是真正意义上的某种ram，通常iram就是 sram，它通常存在于Soc内部，所以被称为iram（Soc内部直接封装好在芯片内部的sram）

2、ROM

（1）rom非易失性存储器
最早的rom在出场时写入数据，之后无法更改。

（2）prom(programmable rom)可编程rom
出场后能够让用户写入一次数据，例如cdrom。

（3）eprom(erasable prom)可擦写prom
出场后可以擦除数据再次写入, 但需要特殊的设备，如紫外光等。

（4）eeprom(electically eprom)电可擦写可编程rom
无需专用设备就可以擦写，编程。

（4）flash闪存，新一代非易失性存储器
1）nor flash（或非falsh）
可直接被CPU寻址（每个字节都有独一无二的地址）

        2）nand flash（与非falsh）
不可被COU寻址，每个字节不可被寻址（用flash控制器可以访问）

扩：eMMc（电多媒体卡）
本质就是nand，也就是SD卡，不同之处：SD卡可拔可插，eMMc可直接焊在板子上。

3、存储系统的速度和价格对比

CPU可以直接访问主存存储器；

CPU有硬盘控制器（sd卡）：ROM通过RAM再到CPU

TTL：

RA232：三根线，RDX、TDX、GND

DB9：2、3、9有用，对应收、发、地；其他是流控制；

三、ARM七种工作模式

Cortex——A：有九种

每种状态都有自己独立的栈区空间

ARM9 ：37个寄存器

cortex A-7有40个寄存器

四、异常向量表（事件）

1.偏移量与异常向量表

        偏移量：异常函数处理的入口地址；

        异常向量表：用于存储不同类型异常发生时，处理器跳转到特定的异常处理程序的地址；