ARM处理器的小常识

一、计算机体系结构中两种核心的指令集

CISC:Complex Istruction Set Computer,复杂指令集计算机

主流架构：x86 架构（Intel、AMD 的 CPU 均基于此，如酷睿 i 系列、锐龙系列）

优势：软件生态极丰富（几乎所有桌面操作系统、工业软件、游戏均支持 x86），兼容性强，单条复杂指令可减少代码量

RISC:Reduced Instruction Set Computer，精简指令集计算机

主流架构：ARM 架构（占比最高）、MIPS、PowerPC

优势：能效比高（相同性能下功耗更低）、硬件成本低、流水线并行效率高，适合移动和嵌入式场景。

二、寄存器

1.通用寄存器

32 位 ARM 架构的通用寄存器按功能可分为通用目的寄存器和程序状态寄存器（PSR），其中通用目的寄存器共 16 个（R0-R15）

SP  (Stack Pointer)---栈指针 --> R13,

LR (Linked Register)---链接寄存器---->R14,

PC  (Program Counter)---程序计数器--->R15.

CPSR

--- current program status register:--（当前程序状态寄存器）

CPSR 是一个 32 位寄存器，在所有处理器模式下都可访问，用于记录当前 CPU 的运行状态

SPSR

---Saved Program Status Register--（保存程序状态寄存器）

SPSR 是仅在异常模式（如 IRQ、FIQ、SVC 等）下存在的 32 位寄存器，功能单一但关键：保存进入异常前的 CPSR 值，以便异常处理完成后恢复 CPU 原来的状态。

2.编译器的作用

三.计算机系统的硬件组成

三级存储系统：

CACHE-->主存储器-->辅助存储器

Cache -- 高速缓存  采用哈佛架构分为： I-Cache（指令高速缓存）和 D-Cache（数据高速缓存）

Cache 是位于 CPU 与主内存之间的一种高速容量小、速度快的临时存储部件，其核心作用是解决 CPU 与主内存之间的速度不匹配问题，从而提升计算机整体性能。

1. 时间局部性：最近被访问的数据，短期内很可能再次被访问（如循环变量、频繁调用的函数）。
2. 空间局部性：被访问数据的邻近数据，很可能在近期被访问（如数组遍历、连续的指令序列）。

基于这一原理，Cache 会临时存储 CPU 近期可能需要的数据和指令，当 CPU 再次访问时，可直接从速度更快的 Cache 中获取，而非较慢的主内存，从而减少访问延迟。

MMU

（Memory Management Unit，内存管理单元）

MMU 的核心作用是管理虚拟地址与物理地址的映射

地址转换（虚拟地址 → 物理地址）

现代操作系统中，CPU 执行程序时使用的是虚拟地址（由程序看到的连续内存空间），而实际数据存储在物理地址（内存硬件的真实地址）中。MMU 通过查询页表（Page Table） 完成二者的转换，让程序无需关心物理内存的实际布局。

转换单位：通常以页（Page） 为单位（如 4KB、2MB），虚拟地址和物理地址被划分为大小相等的页，MMU 按页映射。

4.总线结构

AHB（Advanced High-performance Bus）：高性能总线

APB（Advanced Peripheral Bus）：外设(Peripheral) 总线

DMA（Direct Memory Access，直接内存访问）并非传统意义上的 “总线”，而是一种绕过 CPU、让外设直接与内存进行数据传输的技术，其核心是通过DMA 控制器实现外设与内存之间的高效数据交换，减少 CPU 的干预，提升系统整体性能。

四.处理器的工作模式

1. User：用户模式（非特权模式）大部分任务执行在这种模式。

（特权模式）

2. FIQ：当一个高优先级的中断产生时，会进入到这种模式。

3. IRQ：当一个低优先级（normal）的中断产生时，会进入这种模式。

4.Supervisor:当复位或软中断指令产生时进入这种模式

5. Abort：当存取异常时会进入这种模式。

6.Undef：执行未定义指令时进入这种模式

7. System：使用和 User模式相同存储器集的特权模式。无特定触发方式（内核主动切换）

 ARM 有37个32-Bits长的寄存器，

Cortex体系结构下有40个32-Bits长的寄存器

32 位 ARM

• 标志位（N、Z、C、V）：
  • N（Negative）：运算结果为负数时置 1（二进制最高位为 1）；
  • Z（Zero）：运算结果为 0 时置 1（用于条件跳转，如相等则跳转）；
  • C（Carry）：加法进位 / 减法借位时置 1，或移位操作的最后移出位；
  • V（Overflow）：带符号数运算溢出时置 1（如正数相加得负数）。
• 中断控制位（I、F）：
  • I：置 1 时禁止 IRQ（普通中断），置 0 时允许；
  • F：置 1 时禁止 FIQ（快速中断），置 0 时允许。
• 模式位（M [4:0]）：5 位组合定义当前处理器模式（如用户模式、中断模式等）。
• 其他位：如 T 位（Thumb 状态标志）、Q 位（饱和运算标志）等

异常向量表

Flash（闪存）

 是一种非易失性存储技术（断电后数据不丢失）

NOR Flash：支持地址访问

NAND Flash:以块为单位访问 (512 Byts为一块)