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【ARM基础知道】

news 2025/9/8 5:30:24

嵌入式：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪的专用计算机系统

根据用户需求（功耗、体积、可靠性）去裁剪硬件

计算机硬件组成：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备

在嵌入式行业：

MPU（Micro Processing Unit）：微处理器，偏向处理，强调通用
MCU（Micro Contral Unit）：微控制器，偏向控制，强调集成度
- 单片机：单片微型计算机，将运算器、控制器、存储器集成在一块芯片上。单片机其实和MCU是一个东西
DSP（Digital Signal Processing）：数字信号处理器，为了进行高强度数学运算的专用芯片
SOC（System On Chip）：片上系统，
- SOC是一个设计和集成的概念，更像是一个城市的规划图，把市政府（MPU）、警察局（MCU）、工厂（GPU）、研究所（DSP）、机场（modem调制解调器），规划在一起，形成一个完整的功能完善的城市
- 外设：GPIO、timer、uart、PWM、I2C

正点原子IMAX6ULL开发板，

内核架构：
- X86（复杂程序架构）
- ARM（主流，精简型架构）
- MIPS
- RISC V
CISC：Complex Instruction Set Computer 复杂的程序架构，特点：性能强大（优点），体积大，功耗大（缺点）
RISC：Reduced Instruction Set Computer 精简指令集计算机，部署在手机上，特点：体积小，功耗小
指令集版本：V1 - V9
核心架构版本：ARM1 - ARM11，
- ARM分为三个系列：
  - A系列 Cortex-A （APP），类型偏向于MPU。高性能应用处理器（手机、平板、Linux系统）。
  - R系列 Cortex-R （realtime实时的），类型偏向MCP。实时处理器，适合汽车、安全关键应用。
  - M系列 Cortex-M ，偏向于MCU。低功耗微控制器（常见的STM32、Arduino）。

核心kernal:

ALU（Arithmetic Logic Unit）：算数逻辑单元，属于运算器，可以进行算数逻辑运算，
（工作在内核里的）通用寄存器：r0 ---- r15，不能通过地址访问，只能通过指针访问
（内核外）外设寄存器：统一连在三大总线上，
- 控制总线：内核控制外设
- 地址总线：传输地址
- 数据总线：设备之间需要数据交换，负责内核和外设之间的数据交换
Cache：高速缓存
在高速设备和低速设备之间开发了一块缓存，去解决设备之间传输速度不同的问题
- i cache：（instruction cache）缓存指令，为了性能，打开i cache
- d cache：（data cache）缓存数据，为了安全，关闭d cache，保证我们去操作寄存器里的数据时，操作的时寄存器的实际物理地址

单总线：

多总线：RAM属于高速设备，和内核间通信是高速的，其他普通外设（GPIO、timer等等）和内核之间通信速度慢，所以总线设计成两路：

MMU：（memory management unit）内存管理单元，硬件上有这个才能上操作系统。操作系统虚拟出来的一段进程空间，通过MMU映射到实际的物理地址上。在裸机上开发，需要关闭MMU。不能通过c语言来关闭，有一套流程。

sp（stack pointer）：栈指针寄存器，用来记录当前栈的栈顶，存栈顶的地址
lr （link register）：链接寄存器，会存pc指针下一个指向的地址，保存现场。当pc跳转函数之后，需要回到主函数里，lr就是保存下一个指向的地址，使pc知道往哪回。
pc （program count）：程序计数器：指向当前正在执行指令的下一个的下一个指令。刚上电，指向0，pc指针指向Main函数，当跳转函数时，将pc里的值保存到lr链接寄存器里，

三级流水线：