课程特点

ARM开发 --> Linux移植 --> 驱动开发

前后联系：ARM和系统移植为驱动开发学习做准备工作

所需知识：C语言基础及STM32需要的硬件知识

课程要求

目标：学习程序运行原理、硬件的控制原理

会看原理图、芯片手册、学习解决问题的方法（不要死记硬背）

要求：操作过程中一定要大胆动手、大胆操作，有问题及时询问

提醒：耐心、耐心、耐心、多敲、多敲、多敲、多练、多练、多练

课程内容

底层课程导学

Linux层次架构、计算机基础知识、总线、存储结构

ARM体系结构

ARM基础概念、ARM寄存器、工作模式、运行原理、指令流水线、异常处理

工程搭建

环境安装、工程搭建

汇编指令

数据处理、跳转、load/store、状态寄存器、异常中断、协处理器

CPU控制硬件原理

原理、实验（汇编语言、C语言）

学习方法

• 底层课程导学

接口技术

GPIO：通用输入输出；使能、配置模式（输出）、输出类型（推挽/开漏）、输出速度、输出数据

串口：UART、232、485、SPI、I2C、单总线、CAN、USB、

无线通信：WIFI、LoRA、Zigbee、NB-IoT、蓝牙、4G、5G

PWM：脉冲宽度调制（调节平均电压、屏幕、电机）

ADC：模数转换

嵌入式系统

嵌入式系统（了解）

Linux层次结构

进程管理：进程的创建、调度、销毁、通信。。。。

内存管理：内存的申请、释放、映射。。。。

文件管理：访问硬盘的文件

设备管理：硬件设备的驱动文件

网络管理：协议栈（TCP/IP、UDP/IP）进行通信

计算机的组成

控制器、运算器、存储器、输入、输出

1. 输入设备：将其他信号转换为计算机可以识别的信号（电信号）。
2. 输出设备：将电信号（０、１）转为人或其他设备能理解的信号。
3. 运算器：CPU对信息处理和运算的部件，常进行算术运算和逻辑运算，其核心是算术逻辑单元ALU，CPU中用各种各样的数字电路搭配成各种各样的运算电路，如：加、减法等。
4. 控制器：整个计算机的控制中心
5. 存储器：存放程序和数据的部件，也是计算机能够实现“存储程序控制”的基础。

程序：指令的有序集合

ROM： flash (EMMC)、磁盘空间 、掉电不丢失数据

只读存储器_百度百科

RAM： 内存、掉电丢失数据

随机存取存储器_百度百科

计算机的进制

计算机系统中使用高、低电平表示逻辑1和0

数据在计算机中的存储、传输、运算（数据的处理方式）都是以二进制的形式进行的

数据的传输通过总线（Bus）真正传递的是电信号，高低电平（0、1）。运算在电路中进行，集成电路中运算。

总线

总线

总线（Bus）是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线，它是由导线组成的传输线束， 按照计算机所传输的信息种类，计算机的总线可以划分为数据总线、地址总线和控制总线，分别用来传输数据、数据地址和控制信号。

数据总线

（1）是CPU与内存或其他器件之间的数据传送的通道。

（2）数据总线的宽度决定了CPU和外界的数据传送速度。

（3）每条传输线一次只能传输1位二进制数据。如: 8根数据线一次可传送一个8位二进制数据(即一个字节)。

（4）数据总线是数据线数量之和。

地址总线

（1）CPU是通过地址总线来指定存储单元的。

（2）地址总线决定了cpu所能访问的最大内存空间的大小。如: 10根地址线能访问的最大的内存为1024位二进制数据（1024个内存单元）

（3）地址总线是地址线数量之和。

控制总线

（1）CPU通过控制总线对外部器件进行控制。

（2）控制总线的宽度决定了CPU对外部器件的控制能力。

（3）控制总线是控制线数量之和。

总结：

数据总线的宽度决定CPU与其他元器件一次最大传送的数据量；

地址总线的宽度决定CPU的寻址能力；

控制总线决定CPU对其他元器件的控制能力。

DMA总线

DMA(Direct Memory Access)即直接存储器访问，使用DMA总线可以不通过CPU直接在存储器及外设之间进行数据传递。

三级存储结构

cache： 速度快、价格贵、容量小、断电丢失、CPU可以直接访问。存储当前正在执行的程序中的活跃部分,以便快速地向CPU提供指令和数据

基本原理：

Cache的基本原理_cache颠簸-CSDN博客

高速缓存Cache详解(西电考研向）-CSDN博客

主存储器：速度、价格、容量介于CACHE和辅助存储器之间、断电丢失、CPU可以直接访问。存储当前正在执行的程序和数据

辅助存储器：速度慢、价格低、容量大、断电不丢失、cpu不可以直接访问。存储暂时不运行的程序和数据，需要时再传送到主存。

Cache对程序员来说一般会有透明性，也就是程序员其实是看不到Cache的，因此不能对它进行操作。

• ARM体系结构

认识ARM

ARM的含义？

1. ARM代表一个公司

安谋国际科技股份有限公司_百度百科

1978年Acorn成立于英国剑桥

1980年晚期，苹果电脑开始与艾康电脑合作开发新版的ARM核心

1985年开发出全球第一款商用RISC处理器-ARM

1990年艾康电脑财务危机，苹果和VLSI投资，独立出子公司Advanced RISC Machines（ARM）

1991年，ARM推出RISC处理器-ARM6  93-ARM7  97--ARM9TDMI 99--ARM9E  

2001--ARMV6  2002--ARM11

2004年，发布ARMV7架构的Cortex系列处理器，同时推出Cortex-M3

2005年，发布Cortex-A8处理器  07 M1和Cortex-A9  09 实现Cortex-A9 发布 M0

2010--M4

1. ARM可以表示一些处理器的统称

早期经典处理器：ARM7 ARM9 ARM11 家族

Cortex-X系列

新出的，通常用在手机，只用一个（除了天机）-----》价格昂贵

Cortex-A系列

针对开放式操作系统的高性能处理器

应用于智能手机、数字电视、智能本等高端运用 

Cortex-R系列

提供非常高的性能和吞吐量，同时保持精准的时序属性和可预测的中断延时，通常用于时序关键的应用中

针对实时系统、满足实时性的控制需求

应于汽车制动系统、动力系统等

Cortex-M系列

为单片机驱动的系统提供了低成本优化方案

应用于传统的微控制器市场、智能传感器、汽车周边等

1. ARM表示一种指令集

指令：能够指示处理器执行命令称之为指令

指令集：处理器能够识别的指令的集合称为指令集

ARM指令集：所有指令（机器码），都专用32bit存储空间，代码灵活，指令简洁，执行ARM指令PC每次自加4

Thumb指令集：所有指令（机器码），都专用16bit存储空间，代码灵活，指令简洁，执行ARM指令PC每次自加2

ARM的命名有指令集架构、 处理器架构、 处理器型号三类命名规则

架构:

arm-v6，arm-v7(32Bits)，arm-v8(64Bits），arm-v9.2

架构指支持的汇编指令集（不同架构，汇编指令集不同）

ARMv8-A--------->A53-------->S5P6818 (主频：1.4GHz)

内核：

cortex-A9，A53，A73，A77

ARM公司授权芯片的公司，芯片产家在内核的基础上，增加了一些外设，发布一款芯片，这些芯片可以统称为SoC（天机9300、骁龙）

SoC：System of Chip:（片上系统）

S5P6818(8核)

指令集（RISC和CISC）

精简指令集(RISC)-->微处理器

只保留常用的的简单指令，硬件结构简单，复杂操作一般通过简单指令的组合实现，一般指令长度固定，且多为单周期指令。

RISC处理器在功耗、体积、价格等方面有很大优势，所以在嵌入式移动终端领域应用极为广泛

举例：如有加法运算器 ，没有乘法运算器    3*3  ---》3+3+3  

复杂指令集(CISC)-->电脑CPU

不仅包含了常用指令，还包含了很多不常用的特殊指令，硬件结构复杂，指令条数较多，一般指令长度和周期都不固定

CISC处理器在性能上有很大优势，多用于PC及服务器等领域 

ARM-v7架构：

ARM 指令集（32-bit） ：一条指令占32位内存空间

Thumb 指令集（16-bit ）：一条指令占16位内存空间

ARM-V8架构：（向下兼容ARM-v7架构）

ARM指令集：A64

Thumb指令集：T32

ARM-v7：

ARM指令集：A32

Thumb指令集：T16

ARM指令集功能更全，性能更高

thumb指令集比ARM指令集指令密度要大

 

指令对比查看

1. 查看精简指令的指令（可以编译后，用反汇编查看代码指令)

使用交叉编译工具编译程序，生成arm的可执行程序

创建一个a.c文件，随便写一个程序

编译生成a.out可执行文件：arm-none-linux-gnueabi-gcc a.c

查看可执行文件属性：file a.out

使用反汇编的命令将elf文件转换为反汇编文件.dis

arm-none-linux-gnueabi-objdump -D a.out > a.dis

1. 查看ubuntu复杂指令集的指令：

编译生成a.out可执行文件：gcc a.c

查看文件属性：file a.out

反汇编：objdump -D a.out > a.dis

编译原理

机器码（二进制）是处理器能直接识别的语言，不同的机器码代表不同的运算指令，处理器能够识别哪些机器码是由处理器的硬件设计所决定的，不同的处理器机器码不同，所以机器码不可移植

汇编语言是机器码的符号化，即汇编就是用一个符号来代替一条机器码，所以不同的处理器汇编也不一样，即汇编语言也不可移植

C语言在编译时我们可以使用不同的编译器将C源码编译成不同架构处理器的汇编，所以C语言可以移植

ARM的数据类型

ARM-v7架构:32bit处理器

char：8位

halfword:16位

word：32位

doubleword：64位(cortex-a)

ARM-v8架构：64bit处理器 ，向下兼容32位(我们学习32位)

char：8位

halfword:16位

word：32位

doubleword：64位(cortex-a)

quadword：128位(ARM-v8)

处理器的32位和64位什么含义？

32位：一条指令可以进行32位数据的运算

64位：一条指令可以进行64位数据的运算

字节序

大端对齐

低地址存放高字节，高地址存放低节字

小端对齐

低地址存放低字节，高地址存放高字节

注：ARM一般使用的是小端对齐

（1.指针 2.共用体）