【嵌入式开发】ARM 芯片简介 (ARM芯片类型 | ARM处理器工作模式 | ARM 寄存器 | ARM 寻址)...

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发布时间：2019-06-19

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作者 : 韩曙亮

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-- 三星 ARM Architecture Reference Manual 文档 :

一. ARM 芯片类型

1. ARM 分类

(1) ARM 分类类型(芯片 | 核 | 指令架构)

ARM 分类 :

-- ARM 芯片类型 : 6410, 2440, 210;

-- ARM 核类型 : arm11, arm9, CortexA9;

-- 指令架构 : armv7, armv6;

(2) ARM芯片与 ARM核关系

芯片和核关系 : 芯片包含核;

-- 2440 芯片 : 包含 arm9 核;

-- 6410 芯片 : 包含 arm11 核;

-- 210 芯片 : 包含 CortexA8 核;

(3) ARM核与指令架构关系

ARM 核与指令架构关系 :

-- ARM9 : armv4 指令架构;

-- ARM11 : armv6 指令架构;

-- CortextA8 : armv7 指令架构;

2. ARM 演化变迁

(1) 经典阵营

发展历程 : ARM7 --> ARM9 --> ARM11, ARM11 性能最高, ARM7 性能最低;

(2) Cortex 阵营

Cortext 系列 :

-- Cortex-M 系列 : 没有操作系统, 面向工控领域, 与单片机差不多;

-- Cortex-R 系列 : 面向实时应用, 强调实时性, 可以运行操作系统;

-- Cortex-A 系列 : 主要面向多媒体应用, 目前多数的智能手机属于该系列;

性能递推 : Cortex-M0 --> Cortex-M1 --> Cortex-M3 --> Cortex-M4 --> Cortex-R4 --> Cortex-A5 --> Cortex-A8 --> Cortex-A9 ;

(3) Cortex 与 ARM 对比

ARM 与 Cortext 对比 :

-- ARM7 : ARM 7 与 Cortext-M3 类似, 都没有操作系统, 性能上 Cortex-M3 略高, 但是高的有限;

-- ARM9 和 ARM11 : ARM9 和 ARM11 与 Cortex-R4 性能类似, ARM11 不如 Cortex-A5, 远远比不上 Cortex-A8 和 Cortex-A9;

3. 芯片性能对比(处理速度 | 缓存 | 内存接口 | OS)

(1) 处理速度对比

芯片处理速度对比 : 去芯片对应的芯片手册中查找 Clock&Power Management 章节, 查看时钟相关参数;

-- 6410 : 533MHz ~ 667MHz;

-- 2440 : 12MHz 晶振对应 405 ~ 532 MHz 处理速度;

-- 210 : 800MHz ~ 1GHz;

(2) 缓存对比

芯片缓存对比 : 去芯片对应的芯片手册;

-- 6410 : 16K 指令缓存, 16K 数据缓存;

-- 2440 : 16K 指令缓存, 16K 数据缓存;

-- 210 : 32KB 指令缓存, 32KB 数据缓存;

(3) 内存接口对比

芯片内存接口对比 : SDRAM 已经淘汰掉了;

-- 2440 : 提供 SDRAM 内存接口;

-- 6410 : 提供了 SDRAM, 也提供了 DDR 内存接口;

-- 210 : 提供了 DDR1 和 DDR2 两种内存接口;

(4) 支持的操作系统

芯片支持操作系统对比 : 去芯片对应的芯片手册中查找;

-- 6410 : WinCE | Linux | Android;

-- 2440 : WinCE | Linux;

-- 210 : WinCE | Linux | Android;

(5) 其它商业信息

芯片商业对比 :

-- 6410 : 继续使用;

-- 2440 : 三星宣布停产;

-- 210 : 继续使用;

二. ARM 工作模式

对应手册 : ARM Architecture Reference Manual.pdf 手册, 在本博客中提供下载;

-- 章节内容 : Programmers’ Model, A2.2 Page 41;

-- 手册下载地址 :

1. 处理器工作模式

(1) ARM 工作模式图例

工作模式图示 : 图片截图自 ARM Architecture Reference Manual.pdf 手册, Page 41, A2.2 章节;

(2) ARM 工作模式介绍

工作模式介绍 :

-- User 模式 (usr) : 普通应用程序运行的模式;

-- FIQ 模式 (fiq) : 快速中断模式;

-- IRQ 模式 (irq) : 普通中断模式;

-- Supervisor 模式 (svc) : 为操作系统提供的保护模式;

-- Abort 模式 (abt) : 访问虚拟内存导致异常的模式;

-- Undefined 模式 (und) : 未定义指令模式;

-- System 模式 (sys) : armv4 以上版本才有该模式;

Linux 系统工作模式 : 系统运行在 usr 模式, 内核运行在 svc 模式;

三. ARM 寄存器

对应手册 : ARM Architecture Reference Manual.pdf 手册, 在本博客中提供下载;

-- 章节内容 : Programmers’ Model, A2.3 Page 42;

-- 手册下载地址 :

1. 寄存器简介

寄存器简介 :

-- 寄存器个数 : ARM 有 37 个寄存器;

-- 通用寄存器 : 31 个通用寄存器, 程序计数器也是一个通用寄存器;

-- 状态寄存器 : 6 个状态寄存器;

-- 图示 :

-- 寄存器图示 : 截图自 Page 43;

2. 通用寄存器

(1) 通用寄存器分类

通用寄存器分类 :

-- 不分组寄存器 : R0 ~ R7;

-- 分组寄存器 : R8 ~ R14, 不同模式下使用的寄存器都不相同;

-- 程序计数器 : PC 指针, 是 R15;

(2) 常用通用寄存器解析

R13 寄存器 : 通常用来做 SP 堆栈指针;

R14 寄存器 : 通常用来做链接寄存器;

-- 作用一 : 保存函数返回地址;

-- 作用二 : 异常发生时, 主要用于记录函数返回地址;

R15 寄存器 : PC 指针, 程序计数器;

3. 状态寄存器

(1) 对应各个模式的状态寄存器出现原因

状态寄存器 :

-- 图示 :

-- 对应各个模式的状态寄存器 : 当出现中断后, 执行中断程序, 需要将对应的 CPRS 保存到对应模式的 SPRS_xxx 寄存器中, 如当前在 scv 模式中断, 将状态寄存器保存到 SPSR_svc 寄存器中, 中断执行完后, 将状态从 SPSR_svc 中写回到 CPRS 寄存器中;