嵌入式学习——硬件（ARM体系架构）—

嵌入式学习——硬件（ARM体系架构）——day51

news2024/11/21 2:25:05

1. S3C2440基础知识——一条指令四个字节

1.1 定义

S3C2440 是三星（Samsung）公司设计的一款基于 ARM920T 核心的微处理器，广泛应用于嵌入式系统中，属于三星的 S3C24xx 系列。

1.2 处理器核心

ARM920T：基于 ARM v5T 架构，32 位 RISC 处理器。
主频：最高可以达到 400 MHz。
内存管理单元 (MMU)：支持虚拟内存管理。

（1）RISC的全称是“精简指令集计算”（Reduced Instruction Set Computing）

复杂指令集计算（CISC）

（2）指令集：ARMv4、ARMv5、ARMv7

1.3 存储器

内部 SRAM：4 KB。
外部存储器接口：支持 SDRAM、SRAM、NAND Flash 和 NOR Flash。
内存控制器：支持 16 位和 32 位的外部总线。

（1）ram——（随机存储器、掉电丢失数据、存储临时程序和数据）

（2）rom——（只读存储器、掉电不丢失、存储固定数据和程序）

nor flash可被寻址（支持随机访问）

nand flash不可被寻址（支持顺序访问）

1.3 外设接口

UART（通用异步收发器））：3 个通用异步收发器，支持全双工通信。
I2C：支持主从模式。
SPI：支持主从模式。
I2S：用于音频接口。
USB：2 个主机控制器，1 个设备控制器。
SD/MMC：支持 SD 卡和 MMC 卡接口。

DB9（九针数据通用连接器）

定义：DB9是一种常见的连接器接口，通常有9个针脚排列成一个D形接头，用于连接串行设备。
功能：DB9连接器可以用于连接不同类型的串行设备，如串口（串行口），它可以支持UART通信。

1.4 GPIO

引脚数：具有丰富的通用输入输出（GPIO）引脚，可以配置为多种功能。
中断控制器：支持多达 60 个外部中断。

1.5 显示控制器

LCD 控制器：支持多种显示模式，包括 STN 和 TFT LCD。

1.6 音频

AC97：支持音频编解码器接口。

1.7 DMA(多总线结构)——单片机是单总线结构

通道数：具有 4 个 DMA 通道，用于高效数据传输。

1.8 定时器

PWM：支持脉宽调制（PWM）输出。
看门狗定时器：用于系统复位。

1.9 应用

工业控制：如 PLC、HMI 等工业设备。
消费电子：如 MP3 播放器、便携式媒体播放器。
嵌入式系统：如嵌入式 Linux 设备、开发板等。
自动售货机：用于各种自动售货系统中。
医疗设备：用于便携式医疗检测设备中。

2. CPU：中央处理器

MCU：微处理器

GPU：图形处理器

FPU：浮点运算单元

Kernal

ALU：逻辑运算单元

MMU：内存管理单元

R0~R12：通用寄存器

i.cache：指令缓存（Instruction Cache）

d.cache：数据缓存（Data Cache）

（1）冯·诺依曼结构（Von Neumann Architecture）

单一存储器系统：指令和数据存储在同一个存储器中，共享同一个存储空间。
单一总线系统：使用同一条总线来传输指令和数据。
顺序执行：程序指令按顺序存储，并且按顺序执行（可以有跳转指令改变执行顺序）。
通用性强：适用于广泛的应用场景，设计简单，成本较低。

（2）哈佛结构（Harvard Architecture）

分离存储器系统：指令存储器和数据存储器是分开的，分别存储指令和数据。
独立总线系统：有独立的总线用于传输指令和数据，可以同时进行指令和数据的读取或写入。
并行处理：由于指令和数据的独立存储和传输，可以实现更高效的并行处理。

AHB（Advanced High-performance Bus）

定义：AHB是一种高性能总线协议，通常用于连接高速设备，如处理器和内存。
特点：AHB支持高带宽和低延迟的数据传输，适用于需要快速数据访问的设备和模块。
应用：常用于连接高速处理器、内存控制器以及其他高性能外设，如高速ADC（模数转换器）或DMA（直接内存访问）控制器等。

APB（Advanced Peripheral Bus）

定义：APB是一种低功耗、低速率的总线协议，设计用于连接较慢的外围设备。
特点：APB相对于AHB而言速度较慢，但在控制低速外设和传感器等场景下非常适用，同时能够有效降低功耗。
应用：常用于连接各种低速外设，如GPIO（通用输入输出）、定时器、UART（通用异步收发器）等。

RISC（Reduced Instruction Set Computing）精简指令集计算

CISC（Complex Instruction Set Computer）复杂指令集计算

PC（Program Counter）

程序计数器，也称为指令计数器，是一个专门的寄存器，用于存储CPU当前执行的指令地址。PC在执行每条指令时会自动递增以指向下一条指令的地址，是指令执行过程中的关键组成部分。

LR（Link Register）

链接寄存器，用于存储函数调用时的返回地址。当函数调用另一个函数时，LR会存储调用点的地址，以便在函数执行结束后返回到正确的位置。

SP（Stack Pointer）

栈指针，用于指向当前程序栈的顶部。栈在计算机中用于存储临时数据和函数调用的上下文信息。SP指示了当前栈顶的位置，随着栈的推入（push）和弹出（pop）操作而变化。

3. 大小端存储

3.1 大端存储：低地址处存放低数据位——51单片机

小端存储：低地址处存放地数据位——ARM

***************重点部分***************

4. ARM的七种工作模式——软中断和异常向量表实现工作模式的切换

5. ARM系列通用寄存器数量

6. 异常向量表

存储异常处理程序的入口地址，处理器根据异常类型跳转到对应地址执行。

复位（Reset）：
- 地址：0x00
- 描述：处理器复位时的处理程序入口，初始化处理器状态。
未定义指令（Undefined Instruction）：
- 地址：0x04
- 描述：执行未定义指令时的处理程序入口。
软件中断（SWI, Software Interrupt）：
- 地址：0x08
- 描述：处理软件中断，通常用于系统调用。
预取中止（Prefetch Abort）：
- 地址：0x0C
- 描述：指令预取过程中遇到的异常。
数据中止（Data Abort）：
- 地址：0x10
- 描述：数据访问过程中遇到的异常。
保留（Reserved）：
- 地址：0x14
- 描述：未使用的异常向量（在某些处理器中用于调试或未来扩展）。
IRQ（普通中断请求）：
- 地址：0x18
- 描述：处理普通中断请求。
FIQ（快速中断请求）：
- 地址：0x1C
- 描述：处理快速中断请求，通常用于紧急和高优先级的中断。

地址     | 向量表条目
--------|-------------------
0x00    | 复位处理程序地址
0x04    | 未定义指令处理程序地址
0x08    | SWI处理程序地址
0x0C    | 预取中止处理程序地址
0x10    | 数据中止处理程序地址
0x14    | 保留
0x18    | IRQ处理程序地址
0x1C    | FIQ处理程序地址

7. 如何判断12位立即数imm12