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Cortex-A7 MPCore架构的基础知识点汇总，不看肯定后悔

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2021-11-30 06:45:30　　评论淘帖0 邀请回答您可以邀请以下用户，快速回答问题 × heks 该类别下有 50 个回答。邀请回答 hgimtk 该类别下有 44 个回答。邀请回答新星之火12138 该类别下有 42 个回答。邀请回答 wang21cj 该类别下有 41 个回答。邀请回答 chm5 该类别下有 40 个回答。邀请回答 hjfjsdgfjdsf 该类别下有 37 个回答。邀请回答 werywer 该类别下有 35 个回答。邀请回答 h1654155957.9520 该类别下有 35 个回答。邀请回答 fdjslkjd 该类别下有 35 个回答。邀请回答 uvysdfydad 该类别下有 35 个回答。邀请回答维生素B2 该类别下有 34 个回答。邀请回答凤毛麟角该类别下有 34 个回答。邀请回答 jenny042 该类别下有 34 个回答。邀请回答 dfzvzs 该类别下有 34 个回答。邀请回答刘洋该类别下有 33 个回答。邀请回答 meihuacg 该类别下有 33 个回答。邀请回答 hfgdzc 该类别下有 33 个回答。邀请回答 ggfvxv 该类别下有 33 个回答。邀请回答河南顺之航该类别下有 32 个回答。邀请回答 wenminglang 该类别下有 32 个回答。邀请回答举报康辅佑相关推荐 • ARM Cortex的知识点汇总，不看肯定后悔 1570 • 计算机的基础知识点汇总，不看肯定后悔 1447 • STM32F103C8串口中断/接收数据得知识点汇总，不看肯定后悔 1338 • STM32编程的C语言基础知识点汇总，不看肯定后悔 1468 • STM32库的相关知识点汇总，不看肯定后悔 671 • stm32串口的相关知识点汇总，不看肯定后悔 941 • 串口printf函数的相关知识点汇总，不看肯定后悔 982 • STM32F103 UART串口的知识点汇总，不看肯定后悔 719 • Cortex-A7中断系统的知识点汇总，看完你就懂了 1624 • 串口通信的基础知识点汇总，不看肯定后悔 2088 1个回答

答案对人有帮助，有参考价值 0 1.Cortex-A7 MPCore 架构 1）Cortex-A7 MPCore 简介 Cortex-A7 MPcore 处理器支持 1~4 核，Cortex-A7 本身性能也不弱，不要看它叫做 Cortex-A7 但是它可是比 Cortex-A8 性能要强大，而且更省电。 2）Cortex-A 处理器运行模型以前的 ARM 处理器有 7 中运行模型：User、FIQ、IRQ、Supervisor(SVC)、Abort、Undef 和 System，其中 User 是非特权模式，其余 6 中都是特权模式。但新的 Cortex-A 架构加入了 TrustZone 安全扩展，所以就新加了一种运行模式：Monitor，新的处理器架构还支持虚拟化扩展，因此又加入了另一个运行模式：Hyp，所以 Cortex-A7 处理器有 9 种处理模式，如图1所示。图1 九种运行模式在图1中，除了 User(USR)用户模式以外，其它 8 种运行模式都是特权模式。这几个运行模式可以通过软件进行任意切换，也可以通过中断或者异常来进行切换。大多数的程序都运行在用户模式，用户模式下是不能访问系统所有资源的，有些资源是受限的，要想访问这些受限的资源就必须进行模式切换。但是用户模式是不能直接进行切换的，用户模式下需要借助异常来完成模式切换，当要切换模式的时候，应用程序可以产生异常，在异常的处理过程中完成处理器模式切换。当中断或者异常发生以后，处理器就会进入到相应的异常模式种，每一种模式都有一组寄存器供异常处理程序使用，这样的目的是为了保证在进入异常模式以后，用户模式下的寄存器不会被破坏。如果学过 STM32 和 UCOS、FreeRTOS 就会知道，STM32 只有两种运行模式，特权模式和非特权模式，但是 Cortex-A 就有 9 种运行模式。 3）Cortex-A 寄存器组 ARM 架构提供了16 个32 位的通用寄存器(R0~R15)供软件使用，前 15 个(R0~R14)可以用作通用的数据存储，R15是程序计数器PC，用来保存将要执行的指令。ARM 还提供了一个当前程序状态寄存器 CPSR 和一个备份程序状态寄存器 SPSR，SPSR 寄存器就是 CPSR 寄存器的备份。这 18 个寄存器如图2所示：图2 Cortex-A 寄存器 Cortex-A7 有 9 种运行模式，每一种运行模式都有一组与之对应的寄存器组。每一种模式可见的寄存器包括 15 个通用寄存器(R0~R14)、一两个程序状态寄存器和一个程序计数器 PC。在这些寄存器中，有些是所有模式所共用的同一个物理寄存器，有一些是各模式自己所独立拥有的，各个模式所拥有的寄存器如图3所示：图3 九种模式所对应的寄存器从图3中浅色字体的是与 User 模式所共有的寄存器，蓝绿色背景的是各个模式所独有的寄存器。可以看出，在所有的模式中，低寄存器组(R0~R7)是共享同一组物理寄存器的，只是一些高寄存器组在不同的模式有自己独有的寄存器，比如 FIQ 模式下 R8~R14 是独立的物理寄存器。假如某个程序在 FIQ 模式下访问 R13 寄存器，那它实际访问的是寄存器 R13_fiq，如果程序处于 SVC 模式下访问 R13 寄存器，那它实际访问的是寄存器 R13_svc。总结一下，Cortex-A 内核寄存器组成如下：内核寄存器组成如下： 1）34 个通用寄存器，包括 R15 程序计数器(PC)，这些寄存器都是 32 位的。 2）8 个状态寄存器，包括 CPSR 和 SPSR。 3）Hyp 模式下独有一个 ELR_Hyp 寄存器。 1、通用寄存器 R0~R15 就是通用寄存器，通用寄存器可以分为以下三类： 1.未备份寄存器，即 R0~R7。 2.备份寄存器，即 R8~R14。 3.程序计数器 PC，即 R15。 1）未备份寄存器未备份寄存器指的是 R0~R7 这 8 个寄存器，因为在所有的处理器模式下这 8 个寄存器都是同一个物理寄存器，在不同的模式下，这8个寄存器中的数据就会被破坏。所以这8个寄存器并没有被用作特殊用途。 2）备份寄存器备份寄存器中的 R8~R12 这 5 个寄存器有两种物理寄存器，在快速中断模式下(FIQ)它们对应着 Rx_irq(x=8~12)物理寄存器，其他模式下对应着 Rx(8~12)物理寄存器。FIQ 是快速中断模式，看名字就是知道这个中断模式要求快速执行！ FIQ 模式下中断处理程序可以使用 R8~R12 寄存器，因为 FIQ 模式下的 R8~R12 是独立的，因此中断处理程序可以不用执行保存和恢复中断现场的指令，从而加速中断的执行过程。备份寄存器 R13 一共有 8 个物理寄存器，其中一个是用户模式(User)和系统模式(Sys)共用的，剩下的 7 个分别对应 7 种不同的模式。R13 也叫做 SP，用来做为栈指针。基本上每种模式都有一个自己的 R13 物理寄存器，应用程序会初始化 R13，使其指向该模式专用的栈地址，这就是常说的初始化 SP 指针。备份寄存器 R14 一共有 7 个物理寄存器，其中一个是用户模式(User)、系统模式(Sys)和超级监视模式(Hyp)所共有的，剩下的 6 个分别对应 6种不同的模式。 2.ARM 汇编基础我们在进行嵌入式 Linux 开发的时候是绝对要掌握基本的 ARM 汇编，因为 Cortex-A 芯片一上电 SP 指针还没初始化， C 环境还没准备好，所以肯定不能运行 C 代码，必须先用汇编语言设置好 C 环境，比如初始化 DDR、设置 SP 指针等等，当汇编把 C 环境设置好了以后才可以运行 C 代码。所以 Cortex-A 一开始肯定是汇编代码，其实 STM32 也一样的，一开始也是汇编，以 STM32F103 为例，启动文件startup_stm32f10x_hd.s 就是汇编文件，只是这个文件 ST 已经写好了，我们根本不用去修改，所以大部分学习者都没有深入的去研究。对于 Cortex-A 芯片来讲，大部分芯片在上电以后 C 语言环境还没准备好，所以第一行程序肯定是汇编的，至于要写多少汇编程序，那就看你能在哪一步把 C 语言环境准备好。所谓的 C语言环境就是保证 C 语言能够正常运行。C 语言中的函数调用涉及到出栈入栈，出栈入栈就要对堆栈进行操作，所谓的堆栈其实就是一段内存，这段内存比较特殊，由 SP 指针访问，SP 指针指向栈顶。芯片一上电 SP 指针还没有初始化，所以 C 语言没法运行，对于有些芯片还需要初始化 DDR，因为芯片本身没有 RAM，或者内部 RAM 不开放给用户使用，用户代码需要在DDR 中运行，因此一开始要用汇编来初始化 DDR 控制器。后面学习 Uboot 和 Linux 内核的时候汇编是必须要会的，是不是觉得好难啊？还要会汇编！前面都说了只是在芯片上电以后用汇编来初始化一些外设，不会涉及到复杂的代码，而且使用到的指令都是很简单的，用到的就那么十几个指令。所以，不要看到汇编就觉得复杂，打击学习信心。 1）GNU 汇编语法 GNU 汇编语法适用于所有的架构，并不是 ARM 独享的，GNU 汇编由一系列的语句组成，每行一条语句，每条语句有三个可选部分，如下所示： label：instruction @ comment label 即标号，表示地址位置，有些指令前面可能会有标号，这样就可以通过这个标号得到指令的地址，标号也可以用来表示数据地址。注意 label 后面的“：”，任何以“：”结尾的标识符都会被识别为一个标号。 instruction 即指令，也就是汇编指令或伪指令。 @符号，表示后面的是注释，就跟 C 语言里面的“/”和“/”一样，其实在 GNU 汇编文件中我们也可以使用“/”和“/”来注释。 comment 就是注释内容。比如如下代码： add: MOVS R0, #0X12 @设置 R0=0X12 注意！ARM 中的指令、伪指令、伪操作、寄存器名等可以全部使用大写，也可以全部使用小写，但是不能大小写混用。用户可以使用.section 伪操作来定义一个段，汇编系统预定义了一些段名： .text 表示代码段。 .data 初始化的数据段。 .bss 未初始化的数据段。 .rodata 只读数据段。汇编程序的默认入口标号是_start，不过我们也可以在链接脚本中使用 ENTRY 来指明其它的入口点，下面的代码就是使用_start 作为入口标号： .global _start_start: ldr r0, =0x12 @r0=0x12 上面代码中.global 是伪操作，表示_start 是一个全局标号，类似 C 语言里面的全局变量一样，常见的伪操作有： .byte 定义单字节数据，比如.byte 0x12。 .short 定义双字节数据，比如.short 0x1234。 .long 定义一个 4 字节数据，比如.long 0x12345678。 .equ 赋值语句，格式为：.equ 变量名，表达式，比如.equ num, 0x12，表示 num=0x12。 .align 数据字节对齐，比如：.align 4 表示 4 字节对齐。 .end 表示源文件结束。 .global 定义一个全局符号，格式为：.global symbol，比如：.global _start。 GNU 汇编同样也支持函数，函数格式如下：函数名: 函数体返回语句示例如下所示： /* 未定义中断 /Undefined_Handler: ldr r0, =Undefined_Handler bx r0 “Undefined_Handler”就是函数名，“ldr r0, =Undefined_Handler”是函数体，“bx r0”是函数返回语句， “bx”指令是返回指令，函数返回语句不是必须的。 2）Cortex-A7 常用汇编指令* 1、处理器内部数据传输指令使用处理器做的最多事情就是在处理器内部来回的传递数据，常见的操作有： 1.将数据从一个寄存器传递到另外一个寄存器。 2.将数据从一个寄存器传递到特殊寄存器，如 CPSR 和 SPSR 寄存器。 3.将立即数传递到寄存器。数据传输常用的指令有三个：MOV、MRS 和 MSR，这三个指令的用法如图4所示：图4 常用数据传输指令 1.MOV 指令 MOV 指令用于将数据从一个寄存器拷贝到另外一个寄存器，或者将一个立即数传递到寄存器里面，使用示例如下： MOV R0，R1 @将寄存器 R1 中的数据传递给 R0，即 R0=R1MOV R0, #0X12 @将立即数 0X12 传递给 R0 寄存器，即 R0=0X12 2.MRS 指令 MRS 指令用于将特殊寄存器(如 CPSR 和 SPSR)中的数据传递给通用寄存器，要读取特殊寄存器的数据只能使用 MRS 指令！使用示例如下： MRS R0, CPSR @将特殊寄存器 CPSR 里面的数据传递给 R0，即 R0=CPSR 3.MSR 指令 MSR 指令和 MRS 刚好相反，MSR 指令用来将普通寄存器的数据传递给特殊寄存器，也就是写特殊寄存器，写特殊寄存器只能使用 MSR，使用示例如下： MSR CPSR, R0 @将 R0 中的数据复制到 CPSR 中，即 CPSR=R0 2、存储器访问指令 ARM 不能直接访问存储器，比如 RAM 中的数据，I.MX6UL 中的寄存器就是 RAM 类型的，我们用汇编来配置 I.MX6UL 寄存器的时候需要借助存储器访问指令，一般先将要配置的值写入到 Rx(x=0~12)寄存器中，然后借助存储器访问指令将 Rx 中的数据写入到 I.MX6UL 寄存器中。读取 I.MX6UL 寄存器也是一样的，只是过程相反。常用的存储器访问指令有两种：LDR 和STR，用法如图5所示：图5 存储器访问指令 1.LDR 指令 LDR 主要用于从存储加载数据到寄存器 Rx 中，LDR 也可以将一个立即数加载到寄存器 Rx 中，LDR 加载立即数的时候要使用“=”，而不是“#”。在嵌入式开发中，LDR 最常用的就是读取 CPU 的寄存器值，比如 I.MX6UL 有个寄存器 GPIO1_GDIR，其地址为 0X0209C004，我们现在要读取这个寄存器中的数据，示例代码如下： LDR R0, =0X0209C004 @将寄存器地址 0X0209C004 加载到 R0 中，即 R0=0X0209C004LDR R1, [R0] @读取地址 0X0209C004 中的数据到 R1 寄存器中 2.STR 指令 LDR 是从存储器读取数据，STR 就是将数据写入到存储器中，同样以 I.MX6UL 寄存器 GPIO1_GDIR 为例，现在我们要配置寄存器 GPIO1_GDIR 的值为 0X2000002，示例代码如下： LDR R0, =0X0209C004 @将寄存器地址 0X0209C004 加载到 R0 中，即 R0=0X0209C004LDR R1, =0X20000002 @R1 保存要写入到寄存器的值，即 R1=0X20000002STR R1, [R0] @将 R1 中的值写入到 R0 中所保存的地址中 LDR 和 STR 都是按照字进行读取和写入的，也就是操作的 32 位数据，如果要按照字节、半字进行操作的话可以在指令“LDR”后面加上 B 或 H，比如按字节操作的指令就是 LDRB 和 STRB，按半字操作的指令就是 LDRH 和 STRH。 3、压栈和出栈指令我们通常会在 A 函数中调用 B 函数，当 B 函数执行完以后再回到 A 函数继续执行。要想在跳回 A 函数以后代码能够接着正常运行，那就必须在跳到 B 函数之前将当前处理器状态保存起来(就是保存 R0~R15 这些寄存器值)，当 B 函数执行完成以后再用前面保存的寄存器值恢复 R0~R15 即可。保存 R0~R15 寄存器的操作就叫做现场保护，恢复 R0~R15 寄存器的操作就叫做恢复现场。在进行现场保护的时候需要进行压栈(入栈)操作，恢复现场就要进行出栈操作。压栈的指令为 PUSH，出栈的指令为 POP，PUSH 和 POP 是一种多存储和多加载指令，即可以一次操作多个寄存器数据，他们利用当前的栈指针 SP 来生成地址，PUSH 和 POP 的用法如图6所示：图6 压栈和出栈指令假如我们现在要将 R0~R3 和 R12 这 5 个寄存器压栈，当前的 SP 指针指向 0X80000000，处理器的堆栈是向下增长的，使用的汇编代码如下： PUSH {R0~R3, R12} @将 R0~R3 和 R12 压栈压栈完成以后的堆栈如图7所示：图7 压栈以后的堆栈图7就是对R0~R3,R12进行压栈以后的堆栈示意图，此时的SP指向了0X7FFFFFEC，假如我们现在要再将 LR 进行压栈，汇编代码如下： PUSH {LR} @将 LR 进行压栈对 LR 进行压栈完成以后的堆栈模型如图8所示：图8 LR 压栈以后的堆栈图8就是分两步对 R0~R3,R2 和 LR 进行压栈以后的堆栈模型，如果我们要出栈的话就是使用如下代码： POP {LR} @先恢复 LRPOP {R0~R3,R12} @在恢复 R0~R3,R12 出栈的就是从栈顶，也就是 SP 当前执行的位置开始，地址依次增加来提取堆栈中的数据到要恢复的寄存器列表中。 PUSH 和 POP 的另外一种写法是“STMFD SP！”和“LDMFD SP!”， STMFD SP!,{R0~R3, R12} @R0~R3,R12 入栈STMFD SP!,{LR} @LR 入栈LDMFD SP!, {LR} @先恢复 LRLDMFD SP!, {R0~R3, R12} @再恢复 R0~R3, R12 4、跳转指令有多种跳转操作，比如： 1.直接使用跳转指令 B、BL、BX 等。 2.直接向 PC 寄存器里面写入数据。上述两种方法都可以完成跳转操作，但是一般常用的还是 B、BL 或 BX，用法如图9所示：图9 跳转指令 1.B 指令这是最简单的跳转指令，B 指令会将 PC 寄存器的值设置为跳转目标地址，一旦执行 B 指令，ARM 处理器就会立即跳转到指定的目标地址。如果要调用的函数不会再返回到原来的执行处，那就可以用 B 指令，如下示例： _start:ldr sp,=0X80200000 @设置栈指针b main @跳转到 main 函数上述代码就是典型的在汇编中初始化 C运行环境，然后跳转到C文件的 main函数中运行，上述代码只是初始化了 SP 指针，有些处理器还需要做其他的初始化，比如初始化 DDR 等等。因为跳转到 C 文件以后再也不会回到汇编了，所以上面使用了 B 指令来完成跳转。 2.BL 指令 BL 指令相比 B 指令，在跳转之前会在寄存器 LR(R14)中保存当前 PC 寄存器值，所以可以通过将 LR 寄存器中的值重新加载到 PC 中来继续从跳转之前的代码处运行，这是子程序调用一个基本但常用的手段，示例代码如下： push {r0, r1} @保存 r0,r1cps #0x13 @进入 SVC 模式，允许其他中断再次进去bl system_irqhandler @加载 C 语言中断处理函数到 r2 寄存器中cps #0x12 @进入 IRQ 模式pop {r0, r1}str r0, [r1, #0X10] @中断执行完成，写 EOIR 5、算术运算指令汇编中也可以进行算术运算，比如加减乘除，常用的运算指令用法如图10所示：图10 常用运算指令在嵌入式开发中最常会用的就是加减指令，乘除基本用不到。 6、逻辑运算指令我们用 C 语言进行 CPU 寄存器配置的时候常常需要用到逻辑运算符号，比如“&”、“\|”等逻辑运算符。使用汇编语言的时候也可以使用逻辑运算指令，常用的运算指令用法如图11所示：图11 逻辑运算指令

2021-11-30 15:22:27 评论举报李婷