ARM基础知识学习笔记

/*****************数电知识*******************/

PN结（Positive-Negative）

三极管：BJT(双极结型三极管Bipolar Junction Transistor)
FET(场效应管Field Effect Transistor)
（单极结型） 1.MOSFET (金属氧化物半导体Metal Oxide Semiconductor FET)
2.JFET(结型Junction FET)
↓ ↓

门电路(Gate)：TTL CMOS → （双稳态存储单元）锁存器（Latch），触发器（Flip-flop）
与(AND)，或(OR)，非(NOT)
与非（NAND） 或非（NOR）
同或(Exclusive OR)，异或(Exclusive NOR)
↓ ↓
组合逻辑电路(Combinational Logic circuit) 时序逻辑电路(Sequential ~)
编码(Code)，译码(Decoder)
选择，比较，运算(半加、全加)。 寄存器(Register),计数器，
RAM，ROM,CPLD

/****************计算机结构******************/

1.冯诺依曼结构：运算，存储，输入输出。数据程序统一

2.哈佛结构: 程序，数据独立

CPU ：（ALU+）
register: 触发器（Flip-flop）

Cache（缓存）SRAM(（双稳态触发）静态static):速度最快，集成度小，价格高（稳定）

内存 ：RAM：DRAM（（电容）动态dynamic random access）：速度较快，集成度大，价格低（要刷新）
SDRAM (synchronous DRAM(同步)）
DDR SDRAM:(双倍速率)
DDR3 SDRAM：（第三代，更低电压，更高性能）

ROM :MROM（掩膜）->PROM（熔丝）->EPROM（光）->E2PROM(电)

FLASH ：NOR : 字读，字写 （快），块擦除（慢），集成低，尺寸大，价格高，可靠性好 -->Super vivi
（独立数据，地址总线,可直接读取执行）
NAND: 页读，页写（慢），块擦除（快 ），集成高，尺寸小，价格低 ，有失效块-->文件系统
（数据，地址同一总线，串行读取，加载到RAM执行） （硬盘）
硬盘

/*******************数据*******************/

十进制(Decimal):
二进制（Binary)：
八进制(Octal)：
十六进制(hexadecimal)：

字节byte 字符 char 8
半字half word 短整型 short int 16
字word 整型 int(integer) 32
长整型 long int 32
单精度 float 32
双字（double word）双精度 double 64
结构体 struct **
数组 *** *[]

大端（big-endian）：高字节-低地址
小端(little-endian)：高字节-高地址

指令：CISC：复杂指令集（Complex Instruction Set Computer）
数量多，长度可变（1-15字节），20%实用，执行慢，
寻址多样，操作寄存器和内存，硬件复杂
RISC:精简指令集（Reduced Instruction Set Computer）
数量少，长度固定（4字节），执行每一条指令，执行快
简单寻址，只操作寄存器，硬件简单

流水线（pipeline）：三级流水（ARM7）
LDR流水
分支流水
中断流水
五级流水（ARM9TDMI）
LDR互锁

/******************ARM处理器******************/

ARM：1.Advanced RISC Mechine技术
2.公司名，英国剑桥。
3. 处理器体系

优点：1.低功耗 2.高性能 3.RISC指令集

体系(版本version)：(1996)ARMv4(arm7,8,9)，(1999)ARMv5(arm10,xscale)，(2001)ARMv6(arm11),
(2004)ARMv7(v7A,v7R,v7M)(arm cortex-A,R,M)

处理器（实现implementation）：ARM7TDMI
ARM920TDMI (ARMxyzTDMIEJF-S)
（系列-MMU-cache-Thumb16-JTAG-快速乘法-跟踪宏单元）
(增强指令-Jazelle-向量浮点单元-可综合版本)
Cortex-M,Cortex-R,Cortex-A,

设备（芯片）：S3C2440,S3C6410

开发板：mini240（友善之臂）

/******************我的ARM******************/

开发板：mini240（友善之臂）

处理器芯片：S3C2440（三星公司） CPU：ARM920T 版本体系： ARMv4

内存： HY57V561620 4Banks x 4M x 16Bit Synchronous DRAM (hynix 韩国)
Nor Flash: Am29LV160DB 2 M x 8-Bit CMOS 3.0 Volt-only Boot Sector Flash Memory(AMD)
Nand Flash: k9f2g08x0a_rev13 256M x 8 Bit NAND Flash Memory （三星公司）

模式：(七种)
用户模式（usr）user
特权模式 (Privileged Modes)
异常模式(Exception Modes)
快速中断模式（FIQ）fast interrupt request
外部中断模式（IRQ）interrupt request
管理模式（svc） supervisor
终止模式（abt） abort
未定义模式（und） undefined
系统模式（sys）system

寄存器(register) ：(三十七个)
通用寄存器：R0-R13
未分组寄存器(the unbanked registers) R0-R7
分组寄存器 (the banked registers)
R8-R12(快速中断模式独立)
R13(SP(stack point)) R14(LR(link register))(各异常模式独立)
程序计数器 (program count) R15（PC）

状态寄存器：CPSR（current program status register）
SPSR（save program status register）

R13：SP堆栈指针，
R14:LR链接寄存器，1.保存子程序返回地址2.异常模式返回地址
R15：PC程序计数器
CPSR：当前程序状态寄存器
SPSR: 保存程序状态寄存器

N Z C V - - - - - - - - - - - - -I F T M4 M3 M2 M1 M0
negtiv负数 保留 IRQ禁止
zero零 FIQ禁止
carry进位(加法1) Thumb状态
借位（减法0）
overflow溢出

M4 M3 M2 M1 M0 ：MODE模式控制位
10000：Usr
10001:FIQ
10010:IRQ
10011:Svr
10111:Abort
11011:Undefined
11111:System

异常：（优先级）类型 模式 偏移向量表（Vector Table）

3 FIQ中断 ->FIQ ->0x0000001c
4 IRQ中断 ->IRQ ->0x00000018
/ 保留 ->/ ->0x00000014
2 数据中止 ->Abt ->0x00000010
5 预取指中止 ->Abt ->0x0000000c
6 软件中断SWI ->Svc ->0x00000008
6 未定义指令 ->Und ->0x00000004
1 复位 ->Svr ->0x00000000

指令：编码存储格式

cond 28-31 16（15） 条件码(是否执行)
type 26-27 4（） 指令类型码
I
opcode 21-24 8 指令操作码
S 20 1 是否影响状态CPSR
Rn 19-16 16 （R0-R15） 第一个操作数寄存器
Rd 12-15 16 （R0-R15） 目标寄存器
Operand2 0-11 2^12 第二个操作数

指令书写格式：

opcode + [cond] + [S] + Rd + Rn + operand2
助记符 条件执行 状态影响 目标寄存器 第一个操作数寄存器 第二个操作数

常见：
1.立即数：#3
2.寄存器：R3
3.寄存器间接：[R3] ,即R3里存放内存中的地址

数据处理
传送
MOV
MVN
移位(桶形移位器BarrelShifter)，指令中附加
LSL(logic shift left)
LSR(logic shift right)
ASR 算术右移
ROR 循环右移
RRX 带扩展的循环右移
算术
ADD
ADC +Carry
SUB Rd=Rn-operand2
SBC +Carry
RSB Rd=operand2-Rn
RSC +Carry
逻辑
AND 按位与
ORR 按位或
EOR Eclusive OR按位异或
BIC BIt Clear Rd &(!eperand2)用掩码清除某些位

比较 自动更新CPSR标志位
CMP compare Rn - operand2 -->判断Z（0-相等，1-不相等）
CMN compare NOT Rn -！ operand2 -->判断Z（）
TST test 位测试 Rn & operand2 -->判断z（0-设置，非0-未设置）
TEQ test equal 相等测试 Rn 按位异或^ operand2 -->判断z（1-相等，0-不相等）
乘法
MUL 32位 MUL Rd,Rm,Rs Rd=Rm*Rs
MLA ADD 32位乘加 MUL Rd,Rm,Rs,Rn Rd=(Rm*Rs)+Rn Rd和Rn必须是不同的寄存器
SMULL signed MUL long 64位 SMULL Rdlo,Rdhi,Rm,Rs
SMLAL signed MLA long 64位乘加
UMULL unsigned MUL long
UMLAL ensigned MLA long

数据加载与存储指令

load-store 寄存器<-->内存

前索引
LDR R5，[R6，#0X04] LDR R5,[R6,R4,LSL #2]
自动索引
LDR R5，[R6，#0X04]!
后索引
LDR R5，[R6],#0X04

单寄存器
字节 LDRB /STRB LDRB时，读内存（任意地址）8位到Rd，高24位清零。
STRB时，Rd中的低8位保存到内存中。
半字节 LDRH /STRH
字 LSR /STR
有符号字 LSRSB /LDRSH

多寄存器

加载存储
加载
LDMIA R0!,{R6-R8} 后增 increasing after
LDMIB R0!,{R6-R8} 先增
LDMDA R0!,{R6-R8} 后减
LDMDB R0!,{R6-R8} 先减 decreasing before

堆栈操作
建栈 LDR R13，=0X90010
LDR SP，=0X90010
进栈 STMFD SP!,{R2-R4} Full Descending ==DB 先减
STMED SP!,{R2-R4}
STMFA SP!,{R2-R4}
STMEA SP!,{R2-R4} Empty Ascending
出栈 LDMFD SP!,{R2-R4} ==IA 进栈出栈相同形式。
LDMED SP!,{R2-R4}
LDMFA SP!,{R2-R4}
LDMEA SP!,{R2-R4}

交换指令
字 SWP R0，R1，[R2] [R2]->R0 ,R1->[R2]
SWP R0，R0，[R1] R0与R1指向的数据交换
字节 SWPB R0，R1，[R2]
SWPB R0，R0，[R1]

分支指令
分支：B Branch
带返回：BL Branch + Link
带状态切换：BX
带返回+状态切换 ：BLX Branch + Link + exchange

程序状态寄存器访问指令
读 MRS R0，CPSR/MRS R0，SPSR CPSR->R0
写 MSR CPSR_c,R0 R0->CPSR,仅修改cpsr中的控制位域

软件中断
SWI SoftWare Interrupt
SWI 0X02

伪指令

ARM伪指令
ADR 小范围
ADRL 中等范围
LDR 大范围地址读取
NOP 空操作
数据定义伪指令
DCB 字节 str DCB "hello",0,"world",0
DCW 半字
DCD 字 num DCD 10,20,30
DCQ 双字
DCFS Single Float
DCFD Double Float

报告伪指令
ASSERT(flag)

汇编控制伪指令
IF ELSE

杂项伪指令
EQU NUM EQU 12
ENTRY
END

ARM程序设计

数据处理：1.立即数 2.寄存器 3.寄存器间接 4.寄存器移位

基本结构：
1、顺序

2、条件
条件判定：cmp影响nzcv
无符号数的判定： 有符号数的判定：
EQ: == EQ: ==
NE: != NE: !=
HI: > GT: >
LO: < LT: <
HS: >= GE: >=
LS: <= LE: <=

1.简单单分支if
2.二分支if() else
3.多分支switch()
{
case
}

3、循环
a.计数控制：（1）0->n
MOV Rn, #N
...
loop
...
SUBS Rn, Rn, #1
BGT loop

（2） n->0
MOV Rn, #0
...
loop
...
ADD Rn, Rn, #1
CMP Rn, #N
BNE loop
b.条件控制

单重循环
多重循环

4.子程序调用
BL pro --- MOV PC,LR

C和汇编混合编程

C《=汇编
过程点用标准：ATPCS(ARM-Thumb Produce Call Standard)
2007 AAPCS(ARM Architecture Produce Call Standard)
armcc，armcpp支持ARM指令集
tcc，tcpp支持Thumb指令集

1.参数：R0-R3 （a1-a4），超过四个参数用数据栈传递参数（复杂，慢，尽量少用）。
32位用R0返回。64位用R0和R1返回
2.通用变量寄存器：R4-R8（v1-v5）
3.数据栈为FD类型。8字节对齐
__asm
{
loop:指令
…… //注释
b loop
}
注意:1.操作数可以是寄存器（最好用变量名取代），常量，C表达式。
（unsigned） char ，short，int（寄存器受限）
2.立即数#可以省略
3.标号用C风格（loop：），不需要顶个写。
4. 注释用C风格。
5.不能给PC赋值，只能B，BL实现跳转，只B能用C风格标号。
6.LDM，STM只允许物理寄存器。
7.不支持LDR Rn,=expression.只能用MOV Rn ,expression.不支持ADR,ADRL,DCD等伪指令。

汇编访问C全局变量：
IMPORT globvar
LDR R1，=globvar
LDR R0，[R1]
……

C调用汇编（函数）

C中：extern 函数声明
汇编中：EXPORT +标号
MOV PC,LR 声明该段为外部实用。
入口在main，汇编中没有ENTRY,两文件不能重名。

export ***
AREA ***, CODE, READONLY
***:
指令
ldmfd sp, {v1}；取第五个参数，只是到堆栈上取值，不要修改堆栈指针
……
mov pc,lr
END

汇编中调用C函数。
汇编中：IMPORT *** 声明实用外部函数。
mov r0，#3 …… 调用前设置参数。
stmfd sp!, {r8};传递第五个参数
bl *** 用bl跳转到c函数。
C中：
入口在ENTRY,C中没有main。

GNU ARM:

ARMASM:ARM公司自成汇编体系。codewarrior为arm标准。
GNU ARM ASM :GNU工具的arm版本。用于交叉编译成在arm中执行。