ARM基础
1. 嵌入式系统基础知识
1.1 嵌入式系统的定义
嵌入式系统是指以应用为中心，以计算机技术为基础，软件、硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。
1.2 嵌入式系统的组成
嵌入式系统总体上是由硬件和软件组成的，硬件是其基础，软件是其核心与灵魂
嵌入式系统硬件设备包括：
- 嵌入式处理器：ARM,PowerPC,MC68000,MIPS等
- 存储设备：RAM,SRAM,SDRAM,ROM,EPROM,EEPROM,Flash,
- 通讯设备：RS232,SPI,IIC,以太网等
- 显示设备：显示屏等
嵌入式系统软件包括：
- 应用层（Application）
- 内核层（Kernel，带操作系统才有该层）
- 驱动层（Driver）
- 硬件层（Hardware）
1.3 嵌入式系统开发概述
嵌入式系统开发主要分为系统总体开发、嵌入式硬件开发和嵌入式软件开发三大部分，其总体流程图如下所示
2. ARM基础知识
2.1 认识ARM
ARM公司成立于1990年11月，前身为Acorn计算机公司。ARM公司主要涉及ARM系列RISC处理器内核，授权ARM内核给生产和销售半导体的合作伙伴。ARM公司不生产芯片。
ARM体系架构有：ARMv1、ARMv2、ARMv3、ARMv4、ARMv5、ARMv6、ARMv7、ARMv8架构，不同的体系架构采用不同指令集。哈佛结构是数据和指令分开存储并运行的；冯诺依曼结构是混合存储的。
ARM产品线如下图示：
ARM的存储器系统是由多级构成的，可以分为：内核级、芯片级、板卡级和外设级，下图为存储器的层次结构
2.2 ARM的工作模式及寄存器
ARM主要有7个基本工作模式
- User : 非特权模式，大部分任务执行在这种模式
- FIQ : 当一个高优先级（fast) 中断产生时将会进入这种模式
- IRQ : 当一个低优先级（normal) 中断产生时将会进入这种模式
- Supervisor :当复位或软中断指令执行时将会进入这种模式
- Abort : 当存取异常时将会进入这种模式
- Undef : 当执行未定义指令时会进入这种模式
- System : 使用和User模式相同寄存器集的特权模式
ARM有37个寄存器
- 1个用作PC ( Program Counter，程序计数器)
- 1个用作CPSR (Current Program Status Register，当前程序状态寄存器)
- 5个用作SPSR (Saved Program Status Registers，备份程序状态寄存器)
- 30个通用寄存
上图为ARM寄存器框图，37个寄存器具体包含：
| 寄存器类别 | 寄存器名 | 说明 |
|---|---|---|
| 未分组寄存器 | R0~R7 | 所有工作模式下都是同一个物理寄存器 |
| 分组寄存器 | R8~R12 | 每个寄存器对应两个不同的物理寄存器，一组专用于FIQ模式，另一组用于其他模式 |
| R13 | SP寄存器常用做堆栈指针，每一种异常模式都有自已的R13 | |
| R14 | LR连接寄存器，每种模式都有自已的R14用来存放当前子程序的返回地址 | |
| PC寄存器 | R15 | 用于存放下一条执行指令的地址 |
| 程序状态寄存器 | CPSR | 当前程序状态寄存器 |
| SPSR | 备份程序状态寄存器 |
CPSR寄存器（和保存它的SPSR寄存器）中的位分配图
| 位 | 含义 |
|---|---|
| 标志位 | N=1表示运算结果为负；N=0表示结果为正或0 |
| Z=1表示运算结果为0；Z=0表示结果不为0 | |
| C进位标志（4种情况） | |
| V溢出标志 （2种情况） | |
| 中断禁止位 | I=1表示禁止IRQ |
| F=1表示禁止FIQ | |
| 状态控制位 | T=0表示处理器处于ARM状态（32位ARM指令）；T=1表示Thumb状态（16位Thumb指令） |
| 模式控制位 | 10000 User；10001 FIQ；10010 IRQ；10011 Supervisor；10111 Abort；11011 Undefined；11111 System |