獻給ARM初學者

1、獻給ARM初學者ARM簡介與編程1. ARM簡介（摘錄）ARM（Advanced RISC M achines ）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艮快 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In t

2、el、IBM、LG半導體、NEC SO NY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。AR喋構是面向低預算市場設計的第一款 RISC微處理器。2. 產品介紹arMI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品中運行（理論上如 此）。典型的產品如下。 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品， 將ARM7旨令集同 Thumb擴展組合在一起，以減少內存容量和系統(tǒng)成本。同

3、時，它還利用嵌入式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。該產品的典 型用途是數字蜂窩電話和硬盤驅動器。-ARM9TDMI采用5階段管道化ARM吶核，同時配備Thumb擴展、調試和H arvard總線。在生產工藝相同的情況下，性能可達 ARM7TDM勺兩倍之多。常用 于連網和頂置盒。 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 ARM710ARM710TARM7

4、20和 ARM740TK價、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JT AG廣泛應用于手持式計算、數據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In tel 。SA110處理器、SA1100 PDA系統(tǒng)芯片和SA150 0 多媒體處理器芯片均采用了這一技術。-ARM7500和ARM7500FES度集成的單芯片R

5、ISC計算機，基于一個緩存式 ARM7 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 ；ARM7500FEW增加了一個浮點運算單元以及對 EDO DRAM 支持。特別適合電視頂置盒和網絡計算機( NC)。Windows CE的Pocket PC只支持ARMWindows C可支持多種嵌入式處理器，但 基于 Windows CE的Pocket PC則只支持 ARMH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

6、序開 發(fā)與測試的時間，也降低了研發(fā)費用。由于 ARh開放其處理器授權，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主要特點電平2.7v/3.3v.相對應CPU工作頻率13MHZ/18MHz. 13MH拉節(jié)電模式，性能相 當于 33MHz Inter 486 PCARM710內 核ARM7 CPU8K 4 向緩存 (cache)MMU帶有 64 入口 TLB(Transition Look-aside Buffer)DRAMI制器支持 16 位和 32 位 DRAMROM/SRAM/Flash Memory空制可譯碼4,5或6個

7、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 支持鍵盤陣列掃描 (Scanning keyboard matrix) 兩個異步串口 UARTs支持高達

8、115.2K 波特率 內有兩個接收發(fā)送 (TX,RX) 16Bytes FIFOs 緩沖 支持MODE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每個像素點的位數可編程 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)3. 調試工具及調試方法ARM Project Ma nager (APM) in

9、elude ARM Debuger: 這個工具由 ARM提供主要 是開發(fā)程序，編程調試ARMS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!己的嵌入式操作系統(tǒng) ARM An gel,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 .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,數據等)和程序運行情況 ,當然程 序重要加入向UART送出數據的指令,用Beep報警也是經常用的.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

10、 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 試硬件程序最好，最簡便直觀的辦法。4. ARM7 編程要點及示例ARM&程可參考程序示例 ARM_Boot Flash ROM驅動VxWorks image 裝入 ARM勺過程：ARM7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

11、模式時，F(xiàn)lash 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 imag e時,ARM啟動采用Boot方式啟動運行存在128byte BootROM中的程序初始化ARM內部的COM口，從COM口接受數據到2K的SRAM這2K程序是用來真正LoadVxWorks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COMq接受VxWorks到DRAM然后由DRAM!入FL

12、ASH在主板2K SRAM!行的Boot Load程序執(zhí)行過程,可參看程序示例中ARM B oot 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 0X000000 00 開始運行 VXWORKS用 PC機上的 COM與 ARM內部的 UART1(COM 通信來 Download VxWorks。主要管腳定義32 條數據線 ： D0D3128 條地址線 ： A0A27 little endian定義 , 相對應數據排列 0 1 2 34 5 6276條片選信號腳 ： CS0CS5, 其實作用相當于地址線 A28A314個8位的POR口 : PORT

13、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.編程時要根據主板原理圖和硬件手冊進行 .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 .Exception vectors, 中斷向量表及中斷分配Vector 地址 Exc

14、eptionException Mode Priority(1=High)0x0 ResetSvc 10x4 Undefined InstructionUndef 60x8 Software InterruptSvc 60xC Prefetch AbortAbort 5 0x10 Data AbortAbort 20x14 ReservedNot applicable Not applicable0x18 Interrupt (IRQ)irq 40x1C Fast Interrupt (FIQ)Fiq 3這個向量表必須要放置在系統(tǒng)地址 0x00000000 ( 一般是邏輯地址 , 即經過 MM

15、U 映射后的地址 ) 處.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 .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).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

16、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 FIQIRQ 5 外部中斷 EINT1 管腳 NEINT1IRQ 6 外部中斷 EINT2 管腳 NEINT2IRQ 7 外

17、部中斷 EINT3 管腳 NEINT3IRQ 12 內部中斷 UTXINT1 UART1 TX FIFO 為空中斷號也是寄存器INTMR和INTSR的位,所以在ARM中中斷的編程要點是 看硬件圖紙，該外設和CPU勺那一個管腳連結.查CPU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, 和相應的中斷例程 ComISR.intConnect ( ( VOIDFUNCPTR * ) 5, ComISR, 0 ) ;/ 使能這中斷

18、intEnable ( ( VOIDFUNCPTR * ) 5 );ARM Interrupts: ARM processors implement fast and normal level of int errupt,signalled externally, synchronise interrupts before an excepti on is raised. A fast interrupt requst (FIQ) will desable subsequent n ormal and fast interrupt by setting the I and F bit in C

19、PSR,and a nor mal interrup request(IRQ) will disable subsequent normal interrupt by setting I bit in CPSR.計時器中斷編程過程ARM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的數據寄存器TC1D寫入指定數據，這樣數據開始從 這個給定的數開始遞

20、減計數 , 計數遞減至 0 后, 會產生一個溢出 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 .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MMI映射需要參考這個物理地址ARM7物理地址映射表地址 內容大小備注0xF000.0000 Unused 256Mbytes0xE

21、000.0000 Unused 256Mbytes0xD000.0000 DRAM Bank 1 256Mbytes0xC000.0000 DRAM Bank 0 256Mbytes 外接 DRAM0x8000.2000 Unused -1Gbytes0x8000.0000 內部寄存器地址 8Kbytes 主要的 I/O 和控制0x7000.0000 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 Mbytes0x4000.0000 PCMCIA-0(NCS4) 4*64 Mbytes0x3000.0000 外部擴展 (NCS3) 256Mbytes0x2000.0000 外部擴展 (NCS2) 256Mbytes0x1000.0000 ROM Bank 1(NCS1) 256Mbytes0x0000.0000 ROM Bank 0(NCS0) 256Mbytes 外接 Flash ROMMMU虛擬(邏輯)地址和物理地址的映射實例Vxw