一、ARM內核基礎知識

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1.ALU

算術邏輯單元；完成運算的電路

2.通用寄存器：R0~R15

• ? ? ? ? R13（SP）：棧指針寄存器：指向棧的指針（指向正確的位置），為了保護現場
• ? ? ? ? R14（LR）：連接寄存器：保存PC要回來的位置，在PC調用完了，把地址給PC
• ? ? ? ? R15（PC）program counter 程序計數器；保存當前指令要執行的下一條指令的地址

3.cache

高速緩存；RAM和內核速度不匹配；

• ? ? ? ? I cache：指令高速緩存 ? ?instruction
• ? ? ? ? d cache：數據高速緩存 ? data

4.MMU：memory management unit?

? ? ? ? 內存管理單元；映射虛擬內存和物理內存：提高內存的使用效率

5.CPSR：current program status register

? ? ? ? 程序狀態寄存器。

• 用戶級編程時用于存儲條件碼
• 任何處理器模式下被訪問
• 兩種運行狀態：ARM狀態（32位）、Thumb狀態（16位），兩種狀態之間可任意切換
• 七種運行模式：usr（用戶）、fiq（快速中斷）、irq（外部中斷）、svc（管理）、sys（系統）、abt（數據訪問中止）、und（未定義指令中止）

6.SPSR：saved program status register

? ? ? ? 程序狀態保存寄存器。

• 每一種處理器模式下都有一個狀態寄存器SPSR，用于保存CPSR的狀態，以便異常返回后恢復異常發生時的工作狀態。
• 當特定的異常中斷發生時，這個寄存器存放CPSR的內容。
• 在異常中斷退出時，可以用SPSR來恢復CPSR。

7.CISC：complex instruction set computer

? ? ? ? 復雜指令集計算機

• ?特點：指令集復雜、可變長度，單條指令可完成多步操作（如x86）。

• 優勢：代碼密度高，但硬件設計復雜，功耗較高,在80%情況下，只能用20%功能。

8.RISC：reduce ?instruction set computer

? ? ? ?精簡指令集計算機

• 特點：指令集簡單、固定長度，執行效率高，通常采用流水線技術，依賴編譯器優化。

• 優勢：低功耗、高性能，適合嵌入式系統（如ARM、MIPS）。

9.cortex 系列：（從ARM 11）

• ? ? ? ? cortex ?A：應用，消費類電子，便攜類設備；A7系列
• ? ? ? ? cortex R：實時性高，高端，軍工、衛星；
• ? ? ? ? cortex M：單片機系列；

10.總線（bus）

? ? ? ? AHB：先進的高速總線，連接高速設備，USB、RAM（早期叫北橋）
APB：先進外設總線，連接低速設備串口、GPIO，定時器（早期叫南橋）

11.哈佛結構和馮諾依曼

（1）哈佛架構

????????程序存儲和數據存儲分離：哈佛架構使用獨立的存儲器和總線來分別存儲程序和數據。程序存儲器專門用于存儲指令，數據存儲器用于存儲變量和數據。

（2）馮·諾伊曼架構

????????程序存儲和數據存儲統一：馮·諾伊曼架構使用同一套存儲器和總線來存儲程序和數據。程序和數據存儲在同一個存儲空間中，通過地址來區分指令和數據。

(3) ARM內核

• 早期經典ARM（如ARM7）采用馮·諾伊曼架構；

• 現代ARM（如Cortex-M/A系列）采用改進的哈佛架構（緩存層級分離指令/數據）。

12.編譯器

• 注：交叉編譯工具鏈：arm-gcc，編譯出來的代碼無法在主機運行，只能在目標機上運行。
• ????????對內核進行操作，比如關閉MMU，打開SP,打開I cache，關閉d cache?

二、RAM分類

（1）sram(static ram)
用晶體管存儲0、1；

? ? ? ? 速度快，成本高，存儲密度低；

? ? ? ? 應用于單片機。

（2）dram(dynamic ram)動態存儲
用電容充放電存儲0，1；

? ? ? ? 功耗大，需要外接（外接刷新電路，電路復雜（定期向存儲1的補充電荷）），讀寫速度低于sram，成本低，存儲密度大；

? ? ? ? 多應用與高端Soc。

（3）sdram(synchronous dram)
增加了同步電路，提高dram的數據讀寫速度（dram升級版）。

（4）ddr ram(ddr sdramldouble data rate sdram)
為sdram的下一代；雙倍速（雙數據速率）

（5）iram(internal ram)
注意iram并非是真正意義上的某種ram，通常iram就是 sram，它通常存在于Soc內部，所以被稱為iram（Soc內部直接封裝好在芯片內部的sram）

三、ROM分類

（1）rom非易失性存儲器
最早的rom在出場時寫入數據，之后無法更改。

（2）prom(programmable rom)可編程rom
出場后能夠讓用戶寫入一次數據，例如cdrom。

（3）eprom(erasable prom)可擦寫prom
出場后可以擦除數據再次寫入, 但需要特殊的設備，如紫外光等。

（4）eeprom(electically eprom)電可擦寫可編程rom
無需專用設備就可以擦寫，編程。

（5）flash閃存，新一代非易失性存儲器
1）nor flash（或非falsh）
可直接被CPU尋址（每個字節都有獨一無二的地址）

? ? ? ? 2）nand flash（與非falsh）
不可被COU尋址，每個字節不可被尋址（用flash控制器可以訪問）

?（6）存儲系統的速度和價格對比

四、ARM處理器工作模式（kernal）

Cortex A7有9種基本工作模式

五、寄存器概要

注：1.PC所有模式公用；不同的工作模式下，各狀態都有自己獨立的棧區空間，管理不同的棧（SP和LR）；

? ? ? ? 2.?ARM9 ：37個寄存器；cortex A-7有40個寄存器

六、異常處理

1.異常模塊

• FIQ中斷
• IRQ中斷
• Data Abort（數據存儲異常）：對RAM的訪問發生錯誤
• Prefetch Abort（預取失敗異常）：指令預取階段內存訪問失敗觸發
• Software Interrupt（軟中斷異常）：軟件中斷（任務切換），多任務的并發靠底層的軟中斷實現
• Undefined Instruction（未定義指令異常）
• Reset（復位異常）

2.異常向量表

• 定義：一段固定地址的內存區域（通常位于0x00000000或0xFFFF0000），存儲異常處理函數的入口地址。

• 內容：每個異常類型對應一個4字節跳轉指令

3. 當異常發生時，ARM內核會做哪些操作？

1. 保存現場：

   將當前PC（下一條指令地址）存入LR（如LR=PC-4或PC+4），CPSR存入SPSR（備份狀態）。切換到對應的異常模式（如IRQ模式）。

2. 跳轉至異常處理：

   從異常向量表獲取處理函數地址，執行異常服務程序（ISR）。

3. 中斷屏蔽：

   自動禁用同級或低優先級中斷（FIQ可能不被屏蔽）。

4. 返回恢復（手動操作）：

   通過特定指令（如SUBS PC, LR, #4）恢復PC和CPSR，返回到原程序。