ARM预备知识

【1】半导体器件的开关特性

二极管：正向导通

三极管：区分NPN和PNP

NPN：B极高电平，三极管导通，电压方向C->E

PNP: B极低电平，三极管导通，电压方向E->C

MOS管：区分N沟道和P沟道

N沟道：G极高电平，MOS管导通，通常S极接地

P沟道：G极低电平，MOS管导通，通常S极接Vcc

 

【2】逻辑运算和位运算

与运算：与0清零

或运算：或1置1

异或：  异或1取反

 

位运算：（重点）

& | ~ << >>

int a;

 

1. 将a的第3位置1

   0000 0000 ... 1000   0x8  0x1<<3

   a = a | 0x8;     ==>  a = a | (0x1<<3);

 

        2. 将a的第三位清零

   1111 1111 ... 0111       ~(0x1<<3)

   a = a & 0xfffffff7;   ==> a = a & (~(0x1<<3));                // a = a & (0x0<<3); 错误

3. 将a的第2位和第3位置1   0000 0000 ... 1100       0x3<<2              

   a = a | (0x1<<2) | (0x1<<3);   ==>   a = a | (0x3<<2);

4. 将a的第2位和第3位清零      ~(0x3<<2)

   a = a & (~(0x1<<2));

   a = a & (~(0x1<<3));    ==>   a = a & (~(0x3<<2));

 

 

 

位运算练习：

    2. 将a的第2位和第3位先清零然后置1

a = a & (~(0x3<<2)) | (0x3<<2);                        [1]

 

    3. 将a的第5、4、3、2这四个位设置为   0101           位域   [5:2]: 0001  ....

                                         5432                         0111  .....

 

a = a & (~(0xf<<2));             *************0000**     先清零

a = a | (0x5<<2);                *************0101**     再设置

 

 

 

【3】计算机组成原理

存储器：
三级存储系统

主存储器（内存）：
在cpu统一编址的范围内

存放正在运行的程序和数据

内存条  RAM SDRAM  SRAM DRAM

特点：掉电易失  速度快   价格贵  容量小   cpu可以直接访问

 

辅助存储器：

存放暂时不参加运行的程序和数据

硬盘、磁盘  ROM   flash  nandFlash  norflash  emmc

特点：掉电不易失  速度慢  价格便宜  容量大   cpu不可以直接访问

 

高速缓冲器（cache）：

存放正在运行的程序中比较活跃的部分

特点：掉电易失  速度更快  价格更贵   容量更小

 

运算器：ALU

 

 

计算机的总线结构

总线是一组能为多个部件服务的公共信息传送线路，它能分时地发送与接收各部件的信息。

 

 

ARM体系结构

ARM 约定:

    Byte ：  8 bits

    Halfword ：  16 bits (2 byte)

            Word :  32 bits (4 byte)   字

 

 

 

所有处理器按照指令集架构进行分类：

1. 精简指令集处理器    RISC        指令少  功能弱   指令定长

arm

 

2. 复杂指令集处理器    CISC        指令多  功能多   指令不定长

x86

 

大部分ARM core 提供：

ARM 指令集（32-bit）             代码（指令）密度小

Thumb 指令集（16-bit ）          代码（指令）密度大

 

 

【4】arm处理器的两种状态

当处理器执行在ARM状态:

所有指令 32 bits 宽

所有指令必须 word 对齐

所以 pc值由bits [31:2]决定, bits [1:0] 未定义 (所以指令不能halfword / byte对齐).

当处理器执行在Thumb状态:

所有指令 16 bits 宽

所有指令必须 halfword 对齐

所以 pc值由bits [31:1]决定, bits [0] 未定义 (所以指令不能 byte对齐).

 

 

 

第一条指令 0x0000 0000         ... 0000

第二条指令 0x0000 0004         ... 0100

第三条指令 0x0000 0008         ... 1000

   0x0000 000c         ... 1100

   0x0000 0010         ... 0000

 

【5】arm处理器工作模式

ARM 有8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

        Svc :   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

        Sys : 使用和User模式相同寄存器集的特权模式

Cortex-A特有模式：

Monitor : 是为了安全而扩展出的用于执行安全监控代码的模式；

也是一种特权模式

 

1. user是非特权模式，其他7种模式都是特权模式

2. 除了user、sys、monitor其他5种模式称为异常模式

 

异常模式        fiq      irq         svc                   abort                          undef  

        异常源          FIQ      IRQ       Reset/SWI      Data Abort/Prefetch Abort         Undefined instruction

 

reset的优先级最高    FIQ的优先级比IRQ高

 

 

【7】arm处理器的工作寄存器 - 处理器内部的存储器

ARM 有37个32-Bits长的寄存器.    Cortex体系结构下有40个32-Bits长的寄存器

   1 个用作PC( program counter)

           1个用作CPSR(current program status register)

           5个用作SPSR(saved program status registers)

           30 个通用寄存器

 

相应的 r13 (the stack pointer, sp)  栈指针寄存器    存放本模式下的栈的栈顶地址

       r14 (the link register, lr)  链接寄存器      保存返回地址

相应的 r15 ( the program counter, pc) 保存下一条将要执行的指令的地址     pc = lr

相应的CPSR(current program status register, cpsr)  保存当前程序的状态  （当前工作模式，处理器状态，ALU的值）

相应的 spsr (saved program status register)   用来备份cpsr寄存器的