獻(xiàn)給ARM初學(xué)者

1、獻(xiàn)給ARM初學(xué)者ARM簡介與編程   1.ARM簡介(摘錄) ARM（Advanced RISC Machines）是微處理器行業(yè)的一家知名企業(yè)，設(shè)計(jì)了大量高性能、廉價(jià)、耗能低的RISC處理器、相關(guān)技術(shù)及軟件。技術(shù)具有性能高、成本低和能耗省的特點(diǎn)。適用于多種領(lǐng)域，比如嵌入控制、消費(fèi)/教育類多媒體、DSP和移動(dòng)式應(yīng)用等。ARM將其技術(shù)授權(quán)給世界上許多著名的半導(dǎo)體、軟件和OEM廠商，每個(gè)廠商得到的都是一套獨(dú)一無二的ARM相關(guān)技術(shù)及服務(wù)。利用這種合伙關(guān)系，ARM很快成為許多全球性RISC標(biāo)準(zhǔn)的締造者。目前，總共有30家半導(dǎo)體公司與ARM簽訂了硬件技術(shù)使用許可協(xié)議，其中包括Inte

2、l、IBM、LG半導(dǎo)體、NEC、SONY、菲利浦和國民半導(dǎo)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(gòu)是面向低預(yù)算市場設(shè)計(jì)的第一款RISC微處理器。2.產(chǎn)品介紹ARM提供一系列內(nèi)核、體系擴(kuò)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(gè)通用的軟件體系，所以相同的軟件可在所有產(chǎn)品中運(yùn)行（理論上如此）。典型的產(chǎn)品如下。 CPU內(nèi)核 -ARM7：小型、快速、低能耗、集成式RISC內(nèi)核，用于移動(dòng)通信。- ARM7TDMI(Thumb):這是公司授權(quán)用戶最多的一項(xiàng)產(chǎn)品，將ARM7指令集同Thumb擴(kuò)展組合在一起，以減少內(nèi)存容量和系統(tǒng)成本。同時(shí)，它還利用嵌入

3、式ICE調(diào)試技術(shù)來簡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并用一個(gè)DSP增強(qiáng)擴(kuò)展來改進(jìn)性能。該產(chǎn)品的典型用途是數(shù)字蜂窩電話和硬盤驅(qū)動(dòng)器。-ARM9TDMI:采用5階段管道化ARM9內(nèi)核，同時(shí)配備Thumb擴(kuò)展、調(diào)試和Harvard總線。在生產(chǎn)工藝相同的情況下，性能可達(dá)ARM7TDMI的兩倍之多。常用于連網(wǎng)和頂置盒。體系擴(kuò)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(nèi)存容量非常小。嵌入式ICE調(diào)試由于集成了類似于ICE的CPU內(nèi)核調(diào)試技術(shù)，所以原型設(shè)計(jì)和系統(tǒng)芯片的調(diào)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(jià)、

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(nèi)存管理、寫緩沖和JTAG。廣泛應(yīng)用于手持式計(jì)算、數(shù)據(jù)通信和消費(fèi)類多媒體。 -ARM940T、920T系列:低價(jià)、低能耗、高性能系統(tǒng)微處理器，配有Cache、內(nèi)存管理和寫緩沖。應(yīng)用于高級引擎管理、保安系統(tǒng)、頂置盒、便攜計(jì)算機(jī)和高檔打印機(jī)。-StrongARM:性能很高、同時(shí)滿足常規(guī)應(yīng)用需要的一種微處理器技術(shù)，與DEC聯(lián)合研制，后來授權(quán)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(shù)。-ARM7500和ARM7500FE:高度集成的單芯片RISC計(jì)算機(jī)，基于一個(gè)緩存式ARM7

5、32位內(nèi)核，擁有內(nèi)存和I/O控制器、3個(gè)DMA通道、片上視頻控制器和調(diào)色板以及立體聲端口;ARM7500FE則增加了一個(gè)浮點(diǎn)運(yùn)算單元以及對EDO DRAM的支持。特別適合電視頂置盒和網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)（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(rèn)為，ARM是一種性價(jià)比較好的選擇。由于目前ARM在手持設(shè)備市場占有90%以上的份額，只支持ARM，可以有效地縮短應(yīng)用程序開發(fā)與測試的時(shí)間，也降低了研發(fā)費(fèi)用。由于ARM開放其處理器

6、授權(quán)，因此，用戶在市場上可以在多家整機(jī)廠商中進(jìn)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(diǎn)電平性能相當(dāng)于33MHz Inter 486 PCARM710A內(nèi)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 Memory 控制可譯碼4,5或6個(gè)獨(dú)立的256M存儲(chǔ)空間段 每個(gè)存儲(chǔ)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(gè)低功耗CL-PS6700

7、 PC卡(PCMCIA)控制器2K 片內(nèi) SRAM用于程序快速執(zhí)行片內(nèi)Boot ROM (128Byte)兩個(gè)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(gè)8位和1個(gè)3位GPIO port 支持鍵盤陣列掃描(Scanning keyboard matrix) 兩個(gè)異步串口 UARTs支持高達(dá)115.2K 波特率 內(nèi)有兩個(gè)接收發(fā)送(TX,RX) 16Bytes FIFOs緩沖 支持MODEM控制信號 DC-to-DC轉(zhuǎn)換器接口提供兩個(gè)96KHz時(shí)鐘輸出,通過編程duty ra

8、tio(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(gè)像素,16個(gè)像素為一個(gè)單位 視頻幀大小可編程到128K byte 每個(gè)像素點(diǎn)的位數(shù)可編程1,2,4位 計(jì)時(shí)器和實(shí)時(shí)時(shí)鐘兩個(gè)16位計(jì)時(shí)器(Timer counter)和一個(gè)32位實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC) 3. 調(diào)試工具及調(diào)試方法ARM Project Manager (APM) include ARM Debuger: 這個(gè)工具由ARM提供主要是開發(fā)程序, 編程調(diào)試ARM芯片, 有相當(dāng)不錯(cuò)的開發(fā)環(huán)境和遠(yuǎn)端調(diào)試功能, 支持匯編和C. 它帶有一個(gè)ARM自己的嵌入式操作系統(tǒng)ARM Angel,

9、用戶可以在它的上面開發(fā)自己的嵌入式軟件, 不過這個(gè)操作系統(tǒng)不是實(shí)時(shí)多任務(wù)的. 通過計(jì)算機(jī)串口與處理器UART相連,設(shè)置計(jì)算機(jī)的超級終端 ( Hyper Terminal ), 通過超級終端察看硬件情況(寄存器設(shè)置,數(shù)據(jù)等)和程序運(yùn)行情況,當(dāng)然程序重要加入向UART送出數(shù)據(jù)的指令, 用Beep報(bào)警也是經(jīng)常用的. 這種調(diào)試方法是用于底層調(diào)試硬件,找出硬件存在的問題. VxWorks 在Shell 不能正常運(yùn)行前,也是采取這種方法來調(diào)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. 需要說明的是：上述方法是在沒有硬件仿真器的情況下采用的，仿真器是底層調(diào)試硬件程序最好，

10、最簡便直觀的辦法。4. ARM7 編程要點(diǎn)及示例 ARM編程可參考程序示例 ARM_Boot Flash ROM驅(qū)動(dòng) VxWorks image 裝入ARM的過程: ARM7 有兩種運(yùn)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(yùn)行程序用的.ARM7 Boot 模式時(shí), Flash 的地址是0x70000000片選型號是CS0 (Normal模式下,Flash地址為0x00000000)ARM7內(nèi)部有128byte的BootROM和2K的SRAM，當(dāng)需要Download Vx

11、Works image時(shí),ARM啟動(dòng)采用Boot方式啟動(dòng)運(yùn)行存在128byte BootROM中的程序初始化ARM內(nèi)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(dòng)跳轉(zhuǎn)到這2K程序執(zhí)行,它的作用是再次初始化內(nèi)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(yùn)行的Boot Load程序執(zhí)行過程,可參看程序示例中ARM Boot Load程序?qū)懭胪戤吅螅袚Q到Normal模式重新啟動(dòng)系統(tǒng)，系統(tǒng)自動(dòng)跳到FLASH 0X00000000開始運(yùn)行VXWORKS。 用P

12、C機(jī)上的COM1與ARM內(nèi)部的UART1（COM）通信來Download VxWorks。主要管腳定義 32條數(shù)據(jù)線: D0-D3128條地址線: A0-A27 little endian 定義, 相對應(yīng)數(shù)據(jù)排列 0 1 2 3 4 5 6-276條片選信號腳: CS0-CS5, 其實(shí)作用相當(dāng)于地址線 A28-A314個(gè)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. 編

13、程時(shí)要根據(jù)主板原理圖和硬件手冊進(jìn)行. 看硬件圖紙, 該芯片和CPU的那些管腳連結(jié). 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(guān),RESET等, 用片選地址和芯片內(nèi)地址結(jié)合對該外圍芯片操作. Exception vectors, 中斷向量表及中斷分配 Vector 地址 ExceptionException Mode Priority(1=High) 0x0 ResetSvc 1 0x4 Undefined InstructionUndef 6 0x8 Software InterruptSvc 6 0xC

14、Prefetch AbortAbort 5 0x10 Data AbortAbort 2 0x14 ReservedNot applicable Not applicable 0x18 Interrupt (IRQ)irq 4 0x1C Fast Interrupt (FIQ)Fiq 3 這個(gè)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.一般是在這些地址上放跳轉(zhuǎn)指令 BL, 跳到相應(yīng)的地址空間執(zhí)行相應(yīng)的程序.如系統(tǒng)執(zhí)行從0x00000000 Reset開始, Reset 跳轉(zhuǎn)到某一地址開始運(yùn)行操作系統(tǒng).程序示例,中斷向量表 (ARM asm)

15、:_VectorStart ; Start of ARM processor vectorsLDR pc,ResetV ; 00 - ResetLDR pc,UndefV ; 04 - Undefined instructionsLDR pc,SWIV ; 08 - SWI instructionsLDR pc,PAbortV ; 0C - Instruction fetch abortsLDR pc,DAbortV ; 10 - Data access abortsLDR pc,UnusedV ; 14 - Reserved (was address exception)LDR pc,IRQ

16、V ; 18 - IRQ interruptsLDR pc,FIQV ; 1C - FIQ interrupts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 NEINT1 IRQ 6 外部中斷 EINT2 管腳 NEINT2 IRQ 7 外部中斷 EINT3 管腳 NEINT3 IRQ 12 內(nèi)部中斷 UTXINT1 UART1 TX FIFO 為空 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(diǎn)是看硬件圖紙, 該外設(shè)和CPU的那一個(gè)管腳連結(jié). 查CPU

17、手冊, 得到中斷號及INTMR,INTSR的地址. 編程 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.程序示例(VxWorks): /登記中斷號 5, 和相應(yīng)的中斷例程 ComISR.intConnect ( ( VOIDFUNCPTR * ) 5, ComISR, 0 ) ; /使能這中斷intEnable ( ( VOIDFUNCPTR * ) 5 );ARM Interrupts: ARM processors implement fast and normal level of interrupt,signalled ext

18、ernally, 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 bit in CPSR,and a normal interrup request(IRQ) will disable subsequent normal interrupt by setting I bit in CPSR.計(jì)時(shí)器中斷編程過程ARM7一般內(nèi)部有兩個(gè)1

19、6位計(jì)時(shí)器(Timer counter)和一個(gè)32位實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC),計(jì)時(shí)器中斷屬于IRQ中斷,這里以計(jì)時(shí)器1為例敘述一下中斷的編程過程設(shè)置interrup mask INTMR1寄存器 0x80000240 第8位TC1OI計(jì)時(shí)器1為使能. 在0x800000300 計(jì)時(shí)器 1 的數(shù)據(jù)寄存器TC1D寫入指定數(shù)據(jù),這樣數(shù)據(jù)開始從這個(gè)給定的數(shù)開始遞減計(jì)數(shù),計(jì)數(shù)遞減至 0 后,會(huì)產(chǎn)生一個(gè)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(huì)跳到中斷向量表地址 0x00000018 處,執(zhí)行相應(yīng)的中斷程序,中斷程序通過判斷中斷的類型(

20、判斷中斷狀態(tài)寄存器的位),來執(zhí)行相應(yīng)的中斷服務(wù)程序ISR. 中斷狀態(tài)寄存器標(biāo)志位復(fù)位,計(jì)時(shí)器開始重新開始計(jì)時(shí).存儲(chǔ)空間管理單元(MMU) 物理地址映射 重點(diǎn)在于片選地址CS的選取,另外MMU映射需要參考這個(gè)物理地址ARM7 物理地址映射表地址 內(nèi)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

21、 內(nèi)部寄存器地址 8Kbytes 主要的I/O和控制 0x7000.0000 Boot ROM 128 bytes 片內(nèi),封有Boot程序 0x6000.0000 On-chip SRAM 2 Kbytes 片內(nèi),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(kuò)展(NCS3) 256Mbytes 0x2000.0000 外部擴(kuò)展(NCS2) 256Mbytes 0x1000.0000 ROM Bank 1(NCS1) 256Mbytes 0x0000.0000 ROM Bank 0(NC