ARM學習及編程

1、ARM簡介及編程      1.ARM簡介ARM（Advanced RISC Machines）是微處理器行業(yè)的一家知名企業(yè)，設計了大量高性能、廉價、耗能低的RISC處理器、相關技術及軟件。技術具有性能高、成本低和能耗省的特點。適用于多種領域，比如嵌入控制、消費/教育類多媒體、DSP和移動式應用等。ARM將其技術授權給世界上許多著名的半導體、軟件和OEM廠商，每個廠商得到的都是一套獨一無二的ARM相關技術及服務。利用這種合伙關系，ARM很快成為許多全球性RISC標準的締造者。目前，總共有30家半導體公司與ARM簽訂了硬件技術使用許可協(xié)議，其中包括Inte

2、l、IBM、LG半導體、NEC、SONY、菲利浦和國民半導體這樣的大公司。至于軟件系統(tǒng)的合伙人，則包括微軟、升陽和MRI等一系列知名公司。ARM架構是面向低預算市場設計的第一款RISC微處理器。2.產(chǎn)品介紹ARM提供一系列內核、體系擴展、微處理器和系統(tǒng)芯片方案。由于所有產(chǎn)品均采用一個通用的軟件體系，所以相同的軟件可在所有產(chǎn)品中運行（理論上如此）。典型的產(chǎn)品如下。 CPU內核 -ARM7：小型、快速、低能耗、集成式RISC內核，用于移動通信。- ARM7TDMI(Thumb):這是公司授權用戶最多的一項產(chǎn)品，將ARM7指令集同Thumb擴展組合在一起，以減少內存容量和系統(tǒng)成本。同時，它還利用嵌入

3、式ICE調試技術來簡化系統(tǒng)設計，并用一個DSP增強擴展來改進性能。該產(chǎn)品的典型用途是數(shù)字蜂窩電話和硬盤驅動器。-ARM9TDMI:采用5階段管道化ARM9內核，同時配備Thumb擴展、調試和Harvard總線。在生產(chǎn)工藝相同的情況下，性能可達ARM7TDMI的兩倍之多。常用于連網(wǎng)和頂置盒。體系擴展- Thumb:以16位系統(tǒng)的成本，提供32位RISC性能，特別注意的是它所需的內存容量非常小。嵌入式ICE調試由于集成了類似于ICE的CPU內核調試技術，所以原型設計和系統(tǒng)芯片的調試得到了極大的簡化。微處理器-ARM710系列，包括ARM710、ARM710T、ARM720T和ARM740T:低價、

4、低能耗、封裝式常規(guī)系統(tǒng)微型處理器，配有高速緩存（Cache）、內存管理、寫緩沖和JTAG。廣泛應用于手持式計算、數(shù)據(jù)通信和消費類多媒體。 -ARM940T、920T系列:低價、低能耗、高性能系統(tǒng)微處理器，配有Cache、內存管理和寫緩沖。應用于高級引擎管理、保安系統(tǒng)、頂置盒、便攜計算機和高檔打印機。-StrongARM:性能很高、同時滿足常規(guī)應用需要的一種微處理器技術，與DEC聯(lián)合研制，后來授權給Intel。SA110處理器、SA1100 PDA系統(tǒng)芯片和SA1500多媒體處理器芯片均采用了這一技術。-ARM7500和ARM7500FE:高度集成的單芯片RISC計算機，基于一個緩存式ARM7

5、32位內核，擁有內存和I/O控制器、3個DMA通道、片上視頻控制器和調色板以及立體聲端口;ARM7500FE則增加了一個浮點運算單元以及對EDO DRAM的支持。特別適合電視頂置盒和網(wǎng)絡計算機（NC）。Windows CE的Pocket PC只支持ARMWindows CE可支持多種嵌入式處理器，但基于Windows CE的Pocket PC則只支持ARM一種。微軟在對SH3、MIPS、ARM等嵌入式處理器做了評估后認為，ARM是一種性價比較好的選擇。由于目前ARM在手持設備市場占有90%以上的份額，只支持ARM，可以有效地縮短應用程序開發(fā)與測試的時間，也降低了研發(fā)費用。由于ARM開放其處理器

6、授權，因此，用戶在市場上可以在多家整機廠商中進行選擇，從而保證了這一市場的競爭性。2. ARM芯片CL-PS7111主要特點BLOCKQUOTEBLOCKQUOTE電平2.7v/3.3v.相對應CPU工作頻率13MHz/18MHz. 13MHz位節(jié)電模式, 性能相當于33MHz Inter 486 PCARM710A內核 ARM7 CPU 8K 4向緩存(cache) MMU 帶有64入口TLB(Transition Look-aside Buffer) DRAM控制器 支持16位和32位DRAM ROM/SRAM/Flash Mem

7、ory 控制 可譯碼4,5或6個獨立的256M存儲空間段 每個存儲段支持8位,16位和32位操作,并支持分頁模式 可編程ROM/SRAM/Flash Memory 支持兩個低功耗CL-PS6700 PC卡(PCMCIA)控制器2K 片內 SRAM用于程序快速執(zhí)行片內Boot ROM (128Byte)兩個同步串行接口 支持SPI,或Microwire2兼容 音頻解碼器(Audio Codec) 27位通用接口GPIO(general-purpose I/O port) 3個8位和1個3位GPIO port 

8、;支持鍵盤陣列掃描(Scanning keyboard matrix) 兩個異步串口 UARTs 支持高達115.2K 波特率 內有兩個接收發(fā)送(TX,RX) 16Bytes FIFOs緩沖 支持MODEM控制信號 DC-to-DC轉換器接口 提供兩個96KHz時鐘輸出,通過編程duty ratio(1/16-15/16)操作 LCD控制器 直接信號掃描板接口,單色LCD 面板的大小可編程從16到1024個像素,16個像素為一個單位 視頻幀大小可編程到128K byte 每個像素點的位

9、數(shù)可編程1,2,4位 計時器和實時時鐘 兩個16位計時器(Timer counter)和一個32位實時時鐘(RTC) /BLOCKQUOTE/BLOCKQUOTE3. 調試工具及調試方法BLOCKQUOTEARM Project Manager (APM) include ARM Debuger: 這個工具由ARM提供主要是開發(fā)程序, 編程調試ARM芯片, 有相當不錯的開發(fā)環(huán)境和遠端調試功能, 支持匯編和C. 它帶有一個ARM自己的嵌入式操作系統(tǒng)ARM Angel, 用戶可以在它的上面開發(fā)自己的嵌入式軟件, 不過這個操作系統(tǒng)不是實時多任務的. /BLOC

10、KQUOTEBLOCKQUOTE通過計算機串口與處理器UART相連,設置計算機的超級終端 ( Hyper Terminal ), 通過超級終端察看硬件情況(寄存器設置,數(shù)據(jù)等)和程序運行情況,當然程序重要加入向UART送出數(shù)據(jù)的指令, 用Beep報警也是經(jīng)常用的. 這種調試方法是用于底層調試硬件,找出硬件存在的問題. VxWorks 在Shell 不能正常運行前,也是采取這種方法來調試程序,不過一般不是硬件問題,而是BSP中存在的問題,需要根據(jù)硬件,修改BSP. /BLOCKQUOTE4. ARM7 編程要點及示例 ARM編程可參考程序示例 ARM_Boot Fl

11、ash ROM驅動 VxWorks image 裝入ARM的過程: BLOCKQUOTEARM7 有兩種運行模式, Boot 模式和 Normal 模式, Boot模式主要是把程序裝入(down load 或load )Flash ROM中用的, Normal模式是一般運行程序用的.ARM7 Boot 模式時, Flash 的地址是0x70000000片選型號是CS0 (Normal模式下,Flash地址為0x00000000)ARM7內部有128byte的BootROM和2K的SRAM，當需要Download VxWorks image時,ARM啟動采用Boot方式啟動運

12、行存在128byte BootROM中的程序初始化ARM內部的COM口，從COM口接受數(shù)據(jù)到2K的SRAM，這2K程序是用來真正Load VxWorks的，2K程序Load完畢后系統(tǒng)自動跳轉到這2K程序執(zhí)行,它的作用是再次初始化內部的COM口,通過COM口接受VxWorks到DRAM，然后由DRAM寫入FLASH。在主板2K SRAM運行的Boot Load程序執(zhí)行過程,可參看程序示例中ARM Boot Load程序寫入完畢后，切換到Normal模式重新啟動系統(tǒng)，系統(tǒng)自動跳到FLASH 0X00000000開始運行VXWORKS。 用PC機上的COM1與ARM內部的UART1（COM

13、）通信來Download VxWorks。/BLOCKQUOTE主要管腳定義 BLOCKQUOTE32條數(shù)據(jù)線: D0-D3128條地址線: A0-A27 little endian 定義, 相對應數(shù)據(jù)排列 0 1 2 3 4 5 6-276條片選信號腳: CS0-CS5, 其實作用相當于地址線 A28-A314個8位的PORT口: PORT A, PORT B , PORT D主要用于外圍芯片信號的控制. PORT E有雙作用.例如 PORT A 控制鍵盤的行信號, PORT B 用于RS232, PORT D 用于控制MODEM, FPGA.外部中斷信號EINT, EXTFIQ.

14、 編程時要根據(jù)主板原理圖和硬件手冊進行. BLOCKQUOTE看硬件圖紙, 該芯片和CPU的那些管腳連結. 特別是 PORT 口和片選線. 查CPU手冊, 得到PORT 口和該片選的硬件地址. 編程: 用PORT口直接對芯片操作,如開,關,RESET等, 用片選地址和芯片內地址結合對該外圍芯片操作. /BLOCKQUOTE/BLOCKQUOTE Exception vectors, 中斷向量表及中斷分配 Vector 地址 BLOCKQUOTEException/BLOCKQUOTE Exception Mode Priority(1

15、=High) 0x0 BLOCKQUOTEReset/BLOCKQUOTE Svc 1 0x4 BLOCKQUOTEUndefined Instruction/BLOCKQUOTE Undef 6 0x8 BLOCKQUOTESoftware Interrupt/BLOCKQUOTE Svc 6 0xC BLOCKQUOTEPrefetch Abort/BLOCKQUOTE Abort 5 0x10 BLOCKQUOTEData Abort/BLOCKQUOTE Abort 2 0x14 BLOCKQUOTEReserved/BLOC

16、KQUOTE Not applicable Not applicable 0x18 BLOCKQUOTEInterrupt (IRQ)/BLOCKQUOTE irq 4 0x1C BLOCKQUOTEFast Interrupt (FIQ)/BLOCKQUOTE Fiq 3 BLOCKQUOTE/BLOCKQUOTEBLOCKQUOTE這個向量表必須要放置在系統(tǒng)地址0x00000000 (一般是邏輯地址, 即經(jīng)過MMU映射后的地址)處./BLOCKQUOTEBLOCKQUOTE一般是在這些地址上放跳轉指令 BL, 跳到相應的地址空間執(zhí)行相應的程序./BLOCKQU

17、OTEBLOCKQUOTE如系統(tǒng)執(zhí)行從0x00000000 Reset開始, Reset 跳轉到某一地址開始運行操作系統(tǒng)./BLOCKQUOTEBLOCKQUOTE/BLOCKQUOTEBLOCKQUOTE程序示例,中斷向量表 (ARM asm):_VectorStart ; Start of ARM processor vectorsLDR pc,ResetV ; 00 - ResetLDR pc,UndefV ; 04 - Undefined instructionsLDR pc,SWIV ; 08 - SWI instructionsLDR pc,PAbortV ; 0C - Instr

18、uction fetch abortsLDR pc,DAbortV ; 10 - Data access abortsLDR pc,UnusedV ; 14 - Reserved (was address exception)LDR pc,IRQV ; 18 - IRQ interruptsLDR pc,FIQV ; 1C - FIQ interrupts/BLOCKQUOTE中斷號分配 (FIQ, IRQ)中斷類型 中斷號 Name 說明 FIQ 0 外部中斷 EXTFIQ 管腳 NEXT FIQ   IRQ 5 外部中斷 EINT1 管腳

19、NEINT1 IRQ 6 外部中斷 EINT2 管腳 NEINT2 IRQ 7 外部中斷 EINT3 管腳 NEINT3   IRQ 12 內部中斷 UTXINT1 UART1 TX FIFO 為空   BLOCKQUOTE/BLOCKQUOTEBLOCKQUOTE中斷號也是寄存器INTMR和INTSR的位,所以在ARM中中斷的編程要點是/BLOCKQUOTEBLOCKQUOTE看硬件圖紙, 該外設和CPU的那一個管腳連結. 查CPU手冊, 得到中斷號及INTMR,INTSR的地址. 編程 /BLOCKQ

20、UOTEBLOCKQUOTE注: 如果不是寫底層driver, 只是在系統(tǒng)上層編程(如VxWorks, Linux) 知道中斷號即可./BLOCKQUOTEBLOCKQUOTE程序示例(VxWorks): /BLOCKQUOTEBLOCKQUOTE/登記中斷號 5, 和相應的中斷例程 ComISR./BLOCKQUOTEBLOCKQUOTEintConnect ( ( VOIDFUNCPTR * ) 5, ComISR, 0 ) ; /BLOCKQUOTEBLOCKQUOTE/使能這中斷/BLOCKQUOTEBLOCKQUOTEintEnable ( ( VOIDFUNCPTR * ) 5 )

21、;/BLOCKQUOTEBLOCKQUOTE/BLOCKQUOTEBLOCKQUOTEARM Interrupts: ARM processors implement fast and normal level of interrupt,signalled externally, synchronise interrupts before an exception is raised. A fast interrupt requst (FIQ) will desable subsequent normal and fast interrupt by setting the I and F bi

22、t in CPSR,and a normal interrup request(IRQ) will disable subsequent normal interrupt by setting I bit in CPSR.計時器中斷編程過程BLOCKQUOTEARM7一般內部有兩個16位計時器(Timer counter)和一個32位實時時鐘(RTC),計時器中斷屬于IRQ中斷,這里以計時器1為例敘述一下中斷的編程過程設置interrup mask INTMR1寄存器 0x80000240 第8位TC1OI計時器1為使能. 在0x800000300 計時器 1 的數(shù)據(jù)寄存器TC1D寫入指定數(shù)據(jù)

23、,這樣數(shù)據(jù)開始從這個給定的數(shù)開始遞減計數(shù),計數(shù)遞減至 0 后,會產(chǎn)生一個溢出underflow IRQ中斷請求,中斷狀態(tài)寄存器INTSR1 0x80000240 第8位TC1OI置位.系統(tǒng)會跳到中斷向量表地址 0x00000018 處,執(zhí)行相應的中斷程序,中斷程序通過判斷中斷的類型(判斷中斷狀態(tài)寄存器的位),來執(zhí)行相應的中斷服務程序ISR. 中斷狀態(tài)寄存器標志位復位,計時器開始重新開始計時./BLOCKQUOTE/BLOCKQUOTE存儲空間管理單元(MMU) 物理地址映射 重點在于片選地址CS的選取,另外MMU映射需要參考這個物理地址BLOCKQUOTE/BLOCKQUO

24、TEBLOCKQUOTEARM7 物理地址映射表/BLOCKQUOTE地址 內容 大小 備注 0xF000.0000 Unused 256Mbytes 0xE000.0000 Unused 256Mbytes 0xD000.0000 DRAM Bank 1 256Mbytes 0xC000.0000 DRAM Bank 0 256Mbytes 外接DRAM 0x8000.2000 Unused -1Gbytes 0x8000.0000 內部寄存器地址 8Kbytes 主要的I/O和控制 0x70

25、00.0000 Boot ROM 128 bytes 片內,封有Boot程序 0x6000.0000 On-chip SRAM 2 Kbytes 片內,存放Load程序 0x5000.0000 PCMCIA-1(NCS5) 4*64 Mbytes 0x4000.0000 PCMCIA-0(NCS4) 4*64 Mbytes 0x3000.0000 外部擴展(NCS3) 256Mbytes 0x2000.0000 外部擴展(NCS2) 256Mbytes 0x1000.0000 ROM Bank 1(NCS1) 256Mbytes 0x0000.0000 ROM Bank 0(NCS0) 256Mbytes 外接Flash ROM MMU 虛擬(邏輯)地址和物理地址的映射實例BLOCKQUOTEVxworks支持的ARM架構的處理器,一般是RAM的起始位置為0x0,而實際上ARM的物理地址0x0是ROM的起始地址,RAM在高位地址.這就需要系統(tǒng)在Boot過程中,執(zhí)行MMU程序,重新映射RAM和ROM的地址.即R