嵌入式開發的基礎知識

嵌入式開發的基礎知識

搜索了一些有關於對嵌入式開發的一些基礎知識，分享給你們！

1.ARM中一些常見英文縮寫解釋

• MSB：最高有效位；
• LSB：最低有效位；
• AHB：先進的高性能總線；
• VPB：鏈接片內外設功能的VLSI外設總線；
• EMC：外部存儲器控制器；
• MAM：存儲器加速模塊；
• VIC：向量中斷控制器；
• SPI：全雙工串行接口；
• CAN：控制器局域網，一種串行通信協議；
• PWM：脈寬調製器；
• ETM：嵌入式跟蹤宏；
• CPSR：當前程序狀態寄存器；
• SPSR：程序保護狀態寄存器；

2.MAM 使用注意事項

答：當改變 MAM 定時值時，必須先經過向 MAMCR 寫入 0 來關閉 MAM，而後將新值寫入 MAMTIM。最後，將須要的操做模式的對應值寫入MAMCR，再次打開MAM。
對於低於 20MHz 的系統時鐘，MAMTIM 設定爲 001。對於 20MHz 到 40MHz 之間的系統時鐘，建議將Flash訪問時間設定爲2cclk，而在高於40MHz的系統時鐘下，建議使用3cclk。

3.VIC 使用注意事項

答：若是在片內RAM當中運行代碼而且應用程序須要調用中斷，那麼必須將中斷向量從新映射到Flash地址0x0。這樣作是由於全部的異常向量都位於地址0x0及以上。經過將寄存器MEMMAP（位於系統控制模塊當中）配置爲用戶RAM模式來實現這一點。用戶代碼被鏈接以便使中斷向量表裝載到0x4000 0000。

4.ARM啓動代碼設計

答：ARM啓動代碼直接面對處理器內核和硬件控制器進行編程，通常使用匯編語言。啓動代碼通常包括：

• 中斷向量表
• 初始化存儲器系統
• 初始化堆棧初始化有特殊要求的端口、設備
• 初始化用戶程序執行環境
• 改變處理器模式
• 呼叫主應用程序

5.IRQ 和 FIQ 之間的區別

答：IRQ和FIQ是ARM處理器的兩種編程模式。IRQ是指中斷模式，FIR是指快速中斷模式。對於 FIQ 你必須儘快處理你的事情並離開這個模式。IRQ 能夠被 FIQ 所中斷，但 IRQ 不能中斷 FIQ。爲了使 FIQ 更快，因此這種模式有更多的影子寄存器。FIQ 不能調用 SWI（軟件中斷）。FIQ 還必須禁用中斷。若是一個 FIQ 例程必須從新啓用中斷，則它太慢了，並應該是 IRQ 而不是 FIQ。

6.ARM處理器對異常中斷的響應過程

答：ARM處理器對異常中斷的響應過程以下所述：

• 保存處理器當前狀態、中斷屏蔽位以及各條件標誌位；
• 設置當前程序狀態寄存器CPSR中的相應位；
• 將寄存器lr_mode設置成返回地址；
• 將程序計數器值PC，設置成該異常中斷的中斷向量地址，跳轉到相應異常中斷處執行。

7.ARM指令與Thumb指令的區別

答：在ARM體系結構中，ARM指令集中的指令是32位的指令，其執行效率很高。對於存儲系統數據總線爲16位的應用系統，ARM體系提供了Thumb指令集。Thumb指令集是對ARM指令集的一個子集從新編碼獲得的，指令長度爲16位。一般在處理器執行ARM程序時，稱處理器處於ARM狀態；當處理器執行Thumb程序時，稱處理器處於Thumb狀態。Thumb指令集並無改變ARM體系地層的程序設計模型，只是在該模型上加上了一些限制條件。Thumb指令集中的數據處理指令的操做數仍然爲32位，指令尋址地址也是32位的。

8.什麼是ATPCS

答：爲了使單獨編譯的C語言程序和彙編程序之間可以相互調用，必須爲子程序之間的調用規定必定的規則。ATPCS就是ARM程序和Thumb程序中子程序調用的基本規則。這些規則包括寄存器使用規則，數據棧的使用規則，參數的傳遞規則等。

9.ARM程序和Thumb程序混合使用的場合

答：一般，Thumb程序比ARM程序更加緊湊，並且對於內存爲8位或16位的系統，使用Thumb程序效率更高。可是，在下面一些場合下，程序必須運行在ARM狀態，這時就須要混合使用ARM和Thumb程序。
強調速度的場合，應該使用ARM程序；
有些功能只能由ARM程序完成。如：使用或者禁止異常中斷；
當處理器進入異常中斷處理程序時，程序狀態切換到ARM狀態，即在異常中斷處理程序入口的一些指令是ARM指令，而後根據須要程序能夠切換到Thumb狀態，在異常中斷程序返回前，程序再切換到ARM狀態。
ARM處理器老是從ARM狀態開始執行。於是，若是要在調試器中運行Thumb程序，必須爲該Thumb程序添加一個ARM程序頭，而後再切換到Thumb狀態，執行Thumb程序。

10.ARM處理器運行模式

答：ARM微處理器支持7種運行模式，分別爲：

• 用戶模式（usr）：ARM處理器正常的程序執行狀態；
• 快速中斷模式（fiq）：用於高速數據傳輸或通道管理；
• 外部中斷模式（irq）：用於通用的中斷處理；
• 管理模式（svc）：操做系統使用的保護模式；
• 數據訪問終止模式（abt）：當數據或指令預取終止時進入該模式，用於虛擬存儲及存儲保護；
• 系統模式（sys）：運行具備特權的操做系統任務；
• 未定義指令停止模式（und）：當未定義指令執行時進入該模式，可用於支持硬件協處理器的軟件仿真。

11.ARM體系結構所支持的異常類型

答：ARM體系結構所支持的異常和具體含義以下（圈裏面的數字表示優先級）：

• 復位①：當處理器的復位電平有效時，產生復位異常，程序跳轉到復位異常處執行（異常向量：0x0000,0000）；
• 未定義指令⑥：當ARM處理器或協處理器遇到不能處理的指令時，產生爲定義異常。可以使用該異常機制進行軟件仿真（異常向量：0x0000,0004）；
• 軟件中斷⑥：有執行SWI指令產生，可用於用戶模式下程序調用特權操做指令。可以使用該異常機制實現系統功能調用（異常向量：0x0000,0008）；
• 指令預取停止⑤：若處理器的預取指令的地址不存在，或該地址不容許當前指令訪問，存儲器會向處理器發出停止信號，當預取指令被執行時，纔會產生指令預取停止異常（異常向量：0x0000,000C）；
• 數據停止②：若處理器數據訪問的指令的地址不存在，或該地址不容許當前指令訪問，產生數據停止異常（異常向量：0x0000,0010）；
• IRQ④（外部中斷請求）：當處理器的外部中斷請求引腳有效，且CPSR中的I位爲0時，產生IRQ異常。系統的外設能夠該異常請求中斷服務（異常向量：0x0000,0018）；

• FIQ③（快速中斷請求）：當處理器的快速中斷請求引腳有效，且CPSR中的F位爲0時，產生FIQ異常（異常向量：0x0000,001C）。

  其中異常向量0x0000,0014爲保留的異常向量。

12.ARM體系結構的存儲器格式

答：ARM體系結構的存儲器格式有以下兩種：

• 大端格式：字數據的高字節存儲在低地址中，字數據的低字節存放在高地址中；
• 小端格式：與大端存儲格式相反，高地址存放數據的高字節，低地址存放數據的低字節。

13.ARM寄存器總結：

ARM有16個32位的寄存器（r0到r15）。
r15充當程序寄存器PC，r14（link register）存儲子程序的返回地址，r13存儲的是堆棧地址。
ARM有一個當前程序狀態寄存器：CPSR。
一些寄存器（r13，r14）在異常發生時會產生新的instances，好比IRQ處理器模式，這時處理器使用r13_irq和r14_irq
ARM的子程序調用是很快的，由於子程序的返回地址不須要存放在堆棧中。

14.存儲器從新映射（Remap）的緣由：

• 使Flash存儲器中的FIQ處理程序沒必要考慮由於從新映射所致使的存儲器邊界問題；
• 用來處理代碼空間中段邊界仲裁的SRAM和Boot Block向量的使用大大減小；
• 爲超過單字轉移指令範圍的跳轉提供空間來保存常量。

ARM中的重映射是指在程序執行過程當中經過寫某個功能寄存器位操做達到從新分配其存儲器地址空間的映射。一個典型的應用就是應用程序存儲在Flash/ROM中，初始這些存儲器地址是從0開始的，但這些存儲器的讀時間比SRAM/DRAM長，形成其內部執行頻率不高，故通常在前面一段程序將代碼搬移到SRAM/DRAM中去，而後從新映射存儲器空間，將相應SRAM/DRAM映射到地址0，從新執行程序可達到高速運行的目的。

15.存儲異常向量表中程序跳轉使用LDR指令，而不使用B指令的緣由：

• LDR指令能夠全地址範圍跳轉，而B指令只能在先後32MB範圍內跳轉；
• 芯片具備Remap功能。當向量表位於內部RAM或外部存儲器中，用B指令不能跳轉到正確的位置。

16.鎖相環（PLL）注意要點：

• PLL在芯片復位或進入掉電模式時被關閉並旁路，在掉電喚醒後不會自動恢復PLL的設定；
• PLL只能經過軟件使能；
• PLL在激活後必須等待其鎖定，而後才能鏈接；
• PLL若是設置不當將會致使芯片的錯誤操做。

17.ARM7與ARM9的區別：

• ARM7內核是0.9MIPS/MHz的三級流水線和馮&S226;諾伊曼結構；ARM9內核是五級流水線，提供1.1MIPS/MHz的哈佛結構。
• ARM7沒有MMU，ARM720T是MMU的；ARM9是有MMU的，ARM940T只有Memory protection unit.不是一個完整的MMU。
• ARM7TDMI提供了很是好的性能——功耗比。它包含了Thumb指令集快速乘法指令和ICE調試技術的內核。ARM9的時鐘頻率比ARM7更高，採用哈佛結構區分了數據總線和指令總線。

18.VIC的基本操做以下：

答：設置IRQ/FIQ中斷，如果IRQ中斷則能夠設置爲向量中斷並分配中斷優先級，不然爲非向量IRQ。而後能夠設置中斷容許，以及向量中斷對應地址或非向量中斷默認地址。當有中斷後，如果IRQ中斷，則能夠讀取向量地址寄存器，而後跳轉到相應的代碼。當要退出中斷時，對向量地址寄存器寫0，通知VIC中斷結束。當發生中斷時，處理器將會切換處理器模式，同時相關的寄存器也將會映射。

19.使用外部中斷注意

• 把某個引腳設置爲外部中斷功能後，該引腳爲輸入模式，因爲沒有內部上拉電阻，因此必須外接一個上拉電阻，確保引腳不被懸空；
• 除了引腳鏈接模塊的設置，還須要設置VIC模塊，才能產生外部中斷，不然外部中斷只能反映在EXTINT寄存器中；
• 要使器件進入掉電模式並經過外部中斷喚醒，軟件應該正確設置引腳的外部中斷功能，再進入掉電模式。

20.UART0的基本操做方法

• 設置I/O鏈接到UART0；
• 設置串口波特率（U0DLM、U0DLL）；
• 設置串口工做模式（U0LCR、U0FCR）；
• 發送或接收數據（U0THR、U0RBR）；
• 檢查串口狀態字或等待串口中斷（U0LSR）。

21.I2C的基本操做方法

I2C主機基本操做方法：

• 設置I2C管腳鏈接；
• 設置I2C時鐘速率（I2SCLH、I2SCLL）；
• 設置爲主機，併發送起始信號（I2CONSET的I2EN、STA位爲1，AA位爲0）；
• 發送從機地址（I2DAT），控制I2CONSET發送；
• 判斷總線狀態（I2STAT），進行數據傳輸控制；
• 發送結束信號（I2CONSET）。

I2C從機基本操做方法：

• 設置I2C管腳鏈接；
• 設置自身的從機地址（I2ADR）；
• 使能I2C（I2CONSET的I2EN、AA位爲1）；
• 判斷SI位或等待I2C中斷，等待主機操做；

• 判斷總線狀態I2STAT，進行數據傳輸控制。

  22.PWM基本操做方法：

• 鏈接PWM功能管腳輸出，即設置PINSEL0、PINSEL1；
• 設置PWM定時器的時鐘分頻值（PWMPR），獲得所要的定時器時鐘；
• 設置比較匹配控制（PWMMCR），並設置相應比較值（PWMMRx）；
• 設置PWM輸出方式並容許PWM輸出（PWMPCR）及鎖存使能控制（PWMLER）；
• 設置PWMTCR，啓動定時器，使能PWM；
• 運行過程當中要更改比較值時，更改以後要設置鎖存使能。

• 使用雙邊沿PWM輸出時，建議使用PWM二、PWM四、PWM6；使用單邊PWM輸出時，在PWM週期開始時爲高電平，匹配後爲低電平，使用PWMMR0做爲PWM週期控制，PWMMRx做爲佔空比控制。

若是有什麼錯誤的地方歡迎指正！