主板——核心板+擴(kuò)展電路+接口
核心板——cpu+外圍電路+接口
arm體系結(jié)構(gòu)知識(shí)點(diǎn)：
核心（內(nèi)核）編程方法
接口（外圍模塊）技術(shù)
芯片價(jià)格：摩爾定律，十八個(gè)月翻一倍。十八個(gè)月之后價(jià)格降一半。
現(xiàn)在芯片電路：用硬件描述語(yǔ)言設(shè)計(jì)。
芯片生產(chǎn)商：買的arm公司的芯片的硬件描述語(yǔ)言的程序設(shè)計(jì)的內(nèi)核，加一些外圍模塊。
內(nèi)核是統(tǒng)一的，外圍是各自為戰(zhàn)。
arm：Advanced RISC Machines
arm公司網(wǎng)址：http://www.arm.com
arm不僅是一家公司還是一類微處理器的統(tǒng)稱，基于arm內(nèi)核的芯片統(tǒng)稱為arm芯片。
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arm體系結(jié)構(gòu)
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arm體系結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：
arm指令都是32位定長(zhǎng)的；
大量的寄存器（37個(gè)寄存器）；
Load/Store體系結(jié)構(gòu)；
多寄存器的Load/Store指令；
指令的條件執(zhí)行；
在單時(shí)鐘周期執(zhí)行的單條指令中完成數(shù)據(jù)移位操作和ALU操作；
通過(guò)變種和協(xié)處理來(lái)擴(kuò)展ARM處理器的功能；
擴(kuò)展了16位的Thumb指令來(lái)提高代碼密度。
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arm系列的命名：
ARM1系列：
架構(gòu)：ARMv1（內(nèi)核ARM1）
ARM2系列：
架構(gòu)：ARMv2（內(nèi)核ARM2）
ARMv2a系列：
架構(gòu)：ARM250
ARM3系列：
架構(gòu)：ARMv2a(內(nèi)核ARM2a)
ARM6系列：
架構(gòu)：ARMv3（內(nèi)核ARM610）
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ARM7TDMI系列：三級(jí)流水
架構(gòu)：ARMv4T
ARM9TDMI系列：五級(jí)流水
架構(gòu)：ARMv4T
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ARM9E系列：
架構(gòu)：ARMv5
ARM10E系列：六級(jí)流水
架構(gòu)：ARMv5
XScale系列：
架構(gòu)：ARMv5TE
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ARM11系列：八級(jí)流水
架構(gòu)：ARMv6（內(nèi)核：ARM1136J（F）-S）；
架構(gòu)：ARMv6T2（內(nèi)核：ARM1156T2（F）-S）；
架構(gòu)：ARMv6KZ（內(nèi)核：ARM1176JZ（F）-S）；
架構(gòu)：ARMv6K（內(nèi)核：ARM11MPCore）；
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Cortex系列：13級(jí)流水
架構(gòu)：ARMv7-A（Application）（內(nèi)核：Cortex-A8）：面向使用復(fù)雜操作系統(tǒng)及用戶應(yīng)用的應(yīng)用處理器。
架構(gòu)：ARMv7-R（Real-time）（內(nèi)核：Cortex-R4（F））：適用于實(shí)時(shí)系統(tǒng)的嵌入式處理器。
架構(gòu)：ARMv7-M（Microcontroller）（內(nèi)核：Cortex-M3）：為對(duì)成本和功耗敏感的嵌入式應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，目標(biāo)是以8位單片機(jī)的價(jià)格實(shí)現(xiàn)32位的高性能。
arm體系結(jié)構(gòu)的變種：
Thumb指令集（T變種）：指令長(zhǎng)度16位。
長(zhǎng)乘法指令（M變種）：
增強(qiáng)型DSP指令（E變種）：
Java加速器Jazelle（J變種）：
arm處理器命名格式：
ARM x y z T D M I E J F -S
x：序列
y：2：帶MMU， 4帶MPU，6沒(méi)有
z：0：標(biāo)準(zhǔn)cache，2：減小的cache， 6可變的cache
T：處理器支持Thumb指令集
D：支持JTAG調(diào)試器
M：支持長(zhǎng)乘法指令
I：有嵌入式跟蹤宏單元
E：支持增強(qiáng)指令（基于TDMI）
J：支持JAVA硬件加速（Jazelle）
F：支持向量浮點(diǎn)單元
S：可綜合版本
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arm指令流水：
取指Fetch：微處理器取指單元從存儲(chǔ)器中取得要執(zhí)行的指令，存儲(chǔ)到指令寄存器中。
譯碼Decode：對(duì)指令寄存器中的指令進(jìn)行分析，確定要進(jìn)行什么操作。
執(zhí)行Execute：執(zhí)行指令規(guī)定的操作，并按指令的要求保存操作結(jié)果。
馮諾依曼結(jié)構(gòu)：指令存儲(chǔ)器地址和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址指向同一個(gè)存儲(chǔ)器的不同物理位置。因此指令和數(shù)據(jù)使用同一條數(shù)據(jù)總線，同一時(shí)刻只能取指或取數(shù)據(jù)。
哈佛結(jié)構(gòu)：指令總線和數(shù)據(jù)總線分開(kāi)，可以同時(shí)訪問(wèn)，其寬度可也可以不同。
三級(jí)流水：fetch decode execute
五級(jí)流水：fetch decode execute memory write
五級(jí)流水的流水線級(jí)：
取指（fetch）
譯碼（decode）
執(zhí)行（excute）
緩沖/數(shù)據(jù)（buffer/data)：如果需要?jiǎng)t訪問(wèn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，否則ALU只是簡(jiǎn)單的緩沖一個(gè)時(shí)鐘周期，以便使所有的指令具有同樣的流水線流程。
回寫（write-back）：將指令的結(jié)果回寫到寄存器堆，包括任何從寄存器讀出的數(shù)據(jù)。
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arm存儲(chǔ)系統(tǒng)
arm存儲(chǔ)有兩種方式：大端，小端。
大端格式：字的最低有效字節(jié)存放在存儲(chǔ)器的高地址。
小端字節(jié)：字的最低有效字節(jié)存放在存儲(chǔ)器的低地址。
arm默認(rèn)小端模式。
注意：數(shù)據(jù)和代碼在存儲(chǔ)器中的存儲(chǔ)格式要和處理器采用的格式一致。
arm存儲(chǔ)器層次：
寄存器組；
片上ram；
片上cache；
主存儲(chǔ)器。
arm體系結(jié)構(gòu)中可以使用的存儲(chǔ)管理策略包括：
多類型存儲(chǔ)單元；
cache；
寫緩存；
虛擬內(nèi)存地址。
實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)系統(tǒng)管理的方法：
使能cache，加快存儲(chǔ)器的訪問(wèn)速度；
啟動(dòng)虛擬地址到物理地址的映射；
使用“域管理”策略，對(duì)存儲(chǔ)單元的訪問(wèn)進(jìn)行保護(hù)；
對(duì)i/o映射地址空間的訪問(wèn)加以限制；
協(xié)處理器cp15。
arm微處理器有37個(gè)32位的寄存器。
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arm芯片選型
芯片自身性能與集成度方面的因素：
有無(wú)MMU；
芯片效率；
內(nèi)部存儲(chǔ)器容量；
USB接口；
GPIO數(shù)量；
中斷控制器；
IIS（Integrate Interface of Sound）；
nWAIT信號(hào)；
RTC(Real Time Clock);
LCD控制器；
PWM輸出；
ADC/DAC；
擴(kuò)展總線；
UART和IrDA；
多核考慮（ARM+DSP）（ARM+ARM）；
內(nèi)置FPGA；
時(shí)鐘計(jì)數(shù)器和看門狗；
電源管理；
DMA控制器；
芯片穩(wěn)定性；
芯片供應(yīng)商的技術(shù)支持能力；
芯片的供貨的穩(wěn)定性和采購(gòu)的方便性；
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arm編程模型（內(nèi)核編程）
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arm的數(shù)據(jù)類型：
arm支持以下三種數(shù)據(jù)類型：
字節(jié)：8位
半字：16位
字 ：32位
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arm的工作模式：
arm有七種工作模式：
兩個(gè)正常模式：
用戶模式（User）：普通程序執(zhí)行模式，大部分程序執(zhí)行在這種模式下。
系統(tǒng)模式（System）：使用和User模式相同寄存器集的特權(quán)模式。
五個(gè)異常模式：
快速中斷模式（FIQ）：當(dāng)一個(gè)高優(yōu)先級(jí)（fast）中斷產(chǎn)生時(shí)將會(huì)進(jìn)入這種模式。
外部中斷模式（IRQ）：當(dāng)一個(gè)低優(yōu)先級(jí)（normal）中斷產(chǎn)生時(shí)將會(huì)進(jìn)入這種模式。
管理模式（Supervisor）：當(dāng)復(fù)位或軟中斷（SWI）指令執(zhí)行時(shí)進(jìn)入這種模式。
數(shù)據(jù)訪問(wèn)終止模式（Abort）：當(dāng)存取異常時(shí)將會(huì)進(jìn)入這種模式，用于虛擬存儲(chǔ)或存儲(chǔ)保護(hù)。
未定義模式（Undef）：當(dāng)執(zhí)行未定義指令時(shí)進(jìn)入這種模式，有時(shí)用于通過(guò)軟件仿真協(xié)處理器硬件的工作模式。
一個(gè)非特權(quán)模式：
用戶模式（User）
六個(gè)特權(quán)模式：
系統(tǒng)模式（System）
快速中斷模式（FIQ）
外部中斷模式（IRQ）
管理模式（Supervisor）
數(shù)據(jù)訪問(wèn)終止模式（Abort）
未定義模式（Undef）
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arm運(yùn)行狀態(tài)
arm處理器有兩種工作狀態(tài)：
ARM狀態(tài)：arm狀態(tài)執(zhí)行arm指令，pc值字對(duì)齊（32位）。
Thumb狀態(tài)：thumb狀態(tài)下執(zhí)行thumb指令，pc值半字對(duì)齊（16位）。
工作狀態(tài)的切換：
使用指令切換
BX Rm
Rm[0] = 0 ARM狀態(tài)
Rm[0] = 1 Thumb狀態(tài)
處理器自動(dòng)切換
處理器進(jìn)行異常處理，若在Thumb狀態(tài)，則進(jìn)入ARM狀態(tài)，異常處理返回后進(jìn)入Thumb狀態(tài)。
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arm寄存器
ARM處理器有37個(gè)32位長(zhǎng)的寄存器；
31個(gè)通用寄存器（16個(gè)公共+15個(gè)私有）；
6個(gè)狀態(tài)寄存器；
不同模式下能訪問(wèn)的寄存器是不一樣的。
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通用寄存器：參與運(yùn)算或保存運(yùn)算的結(jié)果。
以下有16個(gè)公共寄存器：
usr/system:R0——R12，R13，R14，R15.（在用戶模式和系統(tǒng)模式下有16個(gè)公用寄存器）。
有特殊用途的通用寄存器（除了做通用寄存器，還有以下功能）：
R13：堆棧指針寄存器SP。
R14：鏈接寄存器LR。一般用來(lái)表示程序的出口。
R15：程序計(jì)數(shù)器PC，永遠(yuǎn)指向取指的指令地址。一般用來(lái)表示程序的入口。
以下有15個(gè)私有寄存器：
irq：R0......R12，R15.(外部中斷模式有兩個(gè)私有的寄存器）
R13_irq
R14_irq
svc：R0......R12，R15.（管理模式有兩個(gè)私有的寄存器）
R13_svc
R14_svc
abt：R0......R12，R15.（數(shù)據(jù)訪問(wèn)終止模式有兩個(gè)私有的寄存器）
R13_abt
R14_abt
und：R0......R12，R15.（未定義模式有兩個(gè)私有的寄存器）
R13_und
R14_und
fiq：R0-R7，R15.（快速中斷模式有七個(gè)私有的寄存器）
R8_fiq
R9_fiq
R10_fiq
R11_fiq
R12_fiq
R13_fiq
R14_fiq
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狀態(tài)寄存器psr：
一個(gè)：
cpsr：當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器。（七種模式都能訪問(wèn)）。
五個(gè)：
spsr：保存程序狀態(tài)寄存器。（只有對(duì)應(yīng)模式才能訪問(wèn)）。
spsr_irq
spsr_svc
spsr_fiq
spsr_abt
spsr_und
cpsr/spsr寄存器格式：
條件代碼標(biāo)識(shí)
31 30 29 28 7 6 5 4-0
N Z C V I F T mode
高四位：
N=1：負(fù)數(shù)或小于（negtive）
Z=1：等于零（zero）
C=1：有進(jìn)位或借位擴(kuò)展
V=1：有溢出
后八位：
I=1：IRQ禁止interrupt
F=1：FIQ禁止fast
T=1/0：Thumb/Arm狀態(tài)位
mode后五位表示七種模式：
0b10000：用戶模式
0b10001：fiq模式
0b10010：irq模式
0b10011：管理模式
0b10111：中止模式
0b11011：未定義模式
0b11111：系統(tǒng)模式
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arm異常處理
arm微處理器通過(guò)異常來(lái)響應(yīng)程序正常執(zhí)行過(guò)程中發(fā)生的意外事件。
arm微處理器有七種類型的異常：
復(fù)位異常（Reset）
未定義異常（Undefined）
軟件中斷（SWI）
預(yù)取異常（Prefetch Abort）
數(shù)據(jù)異常（Data Abort）
外部中斷異常（IRQ）
快速中斷異常（FIQ）
當(dāng)異常發(fā)生時(shí)，arm微處理器會(huì)把pc設(shè)置為一個(gè)特定的存儲(chǔ)器地址，然后從這個(gè)地址取指令并執(zhí)行。這個(gè)特定的地址稱為異常向量，所有的異常向量地址構(gòu)成了異常向量表。
按優(yōu)先級(jí)從高到低：
復(fù)位異常：1，管理模式（SVC），當(dāng)處理器的復(fù)位引腳被加上有效服務(wù)信號(hào)時(shí)，產(chǎn)生復(fù)位異常。
數(shù)據(jù)異常：2，數(shù)據(jù)訪問(wèn)中止模式（Abort），處理器數(shù)據(jù)訪問(wèn)時(shí)，如果目標(biāo)地址不存在或相應(yīng)的地址空間沒(méi)有訪問(wèn)權(quán)限則產(chǎn)生數(shù)據(jù)訪問(wèn)中止異常。
快速中斷異常：3，快速中斷模式（FIQ），處理器外部快速中斷清求引腳有效且CPSR寄存器的F位為0，處理器產(chǎn)生快速中斷請(qǐng)求。
正常中斷異常：4，正常中斷模式（IRQ),處理器外部正常中斷請(qǐng)求引腳有效且CPSR寄存器的I位為0時(shí)，處理器產(chǎn)生正常中斷請(qǐng)求。
預(yù)取異常：5，數(shù)據(jù)訪問(wèn)中止模式（Abort），當(dāng)一個(gè)指令被從內(nèi)存中預(yù)取時(shí)，由于某種原因而失敗，如果它能到達(dá)執(zhí)行狀態(tài)這個(gè)異常才會(huì)產(chǎn)生。
未定義指令異常：6，未定義指令中止模式（Udef），當(dāng)arm處理器或協(xié)處理器執(zhí)行未定義的指令碼時(shí)，產(chǎn)生未定義指令異常。
軟中斷異常：6，管理模式（SVC），當(dāng)arm處理器或協(xié)處理器執(zhí)行未定義的指令碼時(shí)，產(chǎn)生未定義指令異常。
arm異常相應(yīng)過(guò)程：
將當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器CPSR的值保存到將要執(zhí)行的異常對(duì)應(yīng)的處理器工作模式的SPSR寄存器。
修改當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器CPSR的相應(yīng)位。
把將要執(zhí)行的異常所對(duì)應(yīng)的工作模式的LR寄存器設(shè)置成異常返回地址。
將程序寄存器PC的值設(shè)置成該異常的向量地址，并從該地址取指令執(zhí)行。