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《嵌入式硬件（五）：IMX6ULL所需的基础》

news 2025/9/9 5:31:00

一、背景

RISC（精简指令集计算机）：指令集精简（仅保留常用指令）、指令长度固定、大部分操作通过寄存器完成、流水线效率高，适合低成本、低功耗场景。

CISC（复杂指令集计算机）：指令集丰富（包含复杂指令）、指令长度可变、依赖微码实现复杂操作，适合高性能计算，但功耗和复杂度较高。

ARM 属于 RISC，其设计遵循精简指令集理念，注重低功耗和高效能。

Cortex A7是32字节

二、寄存器

以下为ARM架构内核通用寄存器及特殊功能寄存器：

寄存器功能表

名称（缩写）	主要功能
R0-R12	通用寄存器，存储运算数据或地址；R0-R7为未分组寄存器，R8-R12可能因模式不同有分组复用。
SP (R13)	栈指针寄存器，指向当前栈顶位置。
LR (R14)	链接寄存器，保存子程序返回地址（如函数调用后的下一条指令地址）。
PC (R15)	程序计数器，存储下一条待执行指令的地址，自动递增或跳转。
CPSR	当前程序状态寄存器，存储 ALU 标志位、中断状态、处理器模式等。
SPSR	备份程序状态寄存器，异常模式下保存被中断的 CPSR 值。
MMU	内存管理单元，负责虚拟地址到物理地址的转换和内存访问权限控制（关闭时为物理内存）。
CACHE	高速缓存，分为指令 Cache 和数据 Cache，提升访问效率。
指令 Cache	缓存指令以减少从主存读取的延迟。
数据 Cache	缓存数据以减少从主存读取的延迟，使用时常需关闭（dcash）。
ALU	算术逻辑单元，执行算术运算（如加减乘除）和逻辑运算（如与或非）。

冯诺伊曼架构：指令数据放在一起；哈佛架构：指令数据分开放；所以ARM架构属于哈佛架构

典型使用场景

R0-R3：函数参数传递和返回值存储
R4-R11：局部变量保存（需在子程序中压栈保护）
R13(SP)：在PUSH/POP指令中自动调整栈位置
R14(LR)：BL/BLX指令自动保存返回地址，异常发生时自动备份到SPSR
R15(PC)：直接修改可实现跳转（如MOV PC, LR返回函数）
变量的计算：SoC中集成了一个RAM控制器，定义的变量存储在RAM中。当需要进行运算时，先将变量从RAM复制到R寄存器，然后调用ALU执行运算操作，最后将计算结果从寄存器写回RAM存储。

三、总线

AHB 和 APB 总线简介

AHB（Advanced High-performance Bus）和 APB（Advanced Peripheral Bus）是ARM公司提出的AMBA（Advanced Microcontroller Bus Architecture）总线协议中的两种主要总线类型，广泛应用于嵌入式系统设计中。

AHB（Advanced High-performance Bus）

AHB是一种先进的高速总线，主要用于连接处理器、内存控制器、DMA控制器等高带宽需求的模块。

APB（Advanced Peripheral Bus）

APB是一种低功耗、低复杂度的总线，主要用于连接外设，如UART、SPI、GPIO等。

四、开发基础

1.门电路

与

或

非

2.RAM分类

sram(static ram)用晶体管存储0、1。速度快，成本高，存储密度低。
dram(dynamic ram)动态存储，用电容充放电存储0，1。功耗大，需要外接刷新电路，读写速度低于sram。成本低，存储密度大。
sdram(synchronous dram)增加了同步电路，提高dram的数据读写速度。
ddr ram(全称ddr sdram即double data rate sdram)，为sdram的下一代。目前已发展到ddr5。
iram(internal ram)注意iram并非是真正意义上的某种ram，通常iram就是sram，它通常存在于Soc内部，所以被称为iram。