学习嵌入式的第三十八天——ARM——概述

1、什么是RISC、CISC

CISC：复杂指令集，能支持大量的指令操作，所以电路十分复杂，但软件十分精简

RISC：精简指令集，能支持的指令较为精简，所以电路也比较精简，但软件就比较复杂

2、冯.诺伊曼架构和哈佛架构有何区别？ARM内核属于哪一种？

冯.诺伊曼架构：单总线结构，速度不同的外设使用通用的总线，结构简单，但会影响效率

哈佛架构：多总线结构，使用多总线把高速和低速外设区分，结构复杂，但效率高

ARM内核属于哈佛结构，但现在许多都是混合使用的

3、ARM内核中都有什么？

处理器核心

：负责指令的取指、译码和执行，是实现计算功能的核心单元

指令集架构（ARM，Thumb）

：指令集是内核可执行的指令集合，定义了软件与硬件的交互接口。

寄存器

：通用寄存器（r0~r15）

：r13——栈指针寄存器（sp）

r14——链接寄存器（lr）

r15——程序计数器（pc）

各工作模式中独立的寄存器：

状态寄存器

：

程序状态寄存器（cpsr）：

程序状态备份寄存器（spsr）：备份模式切换前的cpsr值

运算单元

算术逻辑运算单元（ALU）

：进行基本算术和逻辑运算

浮点数运算单元（FPU）

：进行浮点数运算

数字信号处理单元（DSP）

：优化数字信号处理任务

控制单元

：负责协调指令执行的全过程，确保各模块按序工作

高速缓存（Cache）

：减少内核访问内存的次数，提升数据读取速度

指令缓存（l—cache）数据缓存（d—cache）速度极快

存储管理单元

：

内存管理单元（MMU）：实现虚拟内存与物理内存的映射，支持内存分页、权限控制（如只读 / 读写）、缓存管理，是多任务操作系统（如 Linux）的基础

内存保护单元（MPU）：通过划分内存区域并设置访问权限（如禁止用户程序访问内核内存），防止非法内存操作导致系统崩溃，但不支持虚拟内存

中断与相应处理单元

负责响应外部中断（如按键、传感器触发）和内部异常（如除零错误、未定义指令），确保系统及时处理紧急事件

总线接口单元（BIU）

：内核通过总线接口与外部外设（如 GPIO、UART、SPI）和内存（RAM、Flash）通信，是数据传输的 "高速公路"

AHB（Advanced High-performance Bus）：高性能总线，用于连接高速外设（如 DMA、MMU）

APB（Advanced Peripheral Bus）：低功耗总线，用于连接低速外设（如 GPIO、UART）

AXI（Advanced eXtensible Interface）：ARMv7 及以上架构的高性能总线，支持多主设备、乱序传输，提升数据吞吐量（如 Cortex-A 系列）

4、ARM有几种工作模式？

7种基本工作模式：

        User（普通用户）:无特权模式，大部分任务都工作在这个模式

        Supervisor（超级用户）：当复位或者软中断产生时

        FIQ（快 中断 请求）：当高级（快）中断产生时

        IRQ（中断 请求）：当低级（普通）中断产生时

        Undef（未定义）：当执行未定义的指令时（如指令集与编译器版本不匹配）

        Abort（终止）：当存取异常时

        System：使用与User模式相同寄存器集的特权模式

        37个32位寄存器

在Cortex——A架构种还有 2种：Monitor：安全监视

                                                     Hyp：测试

                                                     与上共40个寄存器

5、什么是异常向量表？

异常向量表是硬件异常触发与软件处理程序之间的桥梁，其核心功能是：

统一管理所有可能发生的异常类型，为每种异常分配一个唯一的 "入口地址"

当异常发生时，处理器无需软件干预，可直接通过硬件机制定位到向量表中对应的地址，快速跳转至处理程序，保证响应的实时性