ARM学习及编程.docx

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ARM学习及编程

ARM简介及编程

    1.ARM简介（摘录） 

　　ARM（AdvancedRISCMachines）是微处理器行业的一家知名企业，设计了大量高性能、廉价、耗能低的RISC处理器、相关技术及软件。

技术具有性能高、成本低和能耗省的特点。

适用于多种领域，比如嵌入控制、消费/教育类多媒体、DSP和移动式应用等。

　　ARM将其技术授权给世界上许多著名的半导体、软件和OEM厂商，每个厂商得到的都是一套独一无二的ARM相关技术及服务。

利用这种合伙关系，ARM很快成为许多全球性RISC标准的缔造者。

　　目前，总共有30家半导体公司与ARM签订了硬件技术使用许可协议，其中包括Intel、IBM、LG半导体、NEC、SONY、菲利浦和国民半导体这样的大公司。

至于软件系统的合伙人，则包括微软、升阳和MRI等一系列知名公司。

　　ARM架构是面向低预算市场设计的第一款RISC微处理器。

　　2.产品介绍

　　ARM提供一系列内核、体系扩展、微处理器和系统芯片方案。

由于所有产品均采用一个通用的软件体系，所以相同的软件可在所有产品中运行（理论上如此）。

典型的产品如下。

　　①CPU内核

　　--ARM7：

小型、快速、低能耗、集成式RISC内核，用于移动通信。

　　--ARM7TDMI（Thumb）:

这是公司授权用户最多的一项产品，将ARM7指令集同Thumb扩展组合在一起，以减少内存容量和系统成本。

同时，它还利用嵌入式ICE调试技术来简化系统设计，并用一个DSP增强扩展来改进性能。

该产品的典型用途是数字蜂窝电话和硬盘驱动器。

　　--ARM9TDMI:

采用5阶段管道化ARM9内核，同时配备Thumb扩展、调试和Harvard总线。

在生产工艺相同的情况下，性能可达ARM7TDMI的两倍之多。

常用于连网和顶置盒。

　　②体系扩展

　　--Thumb:

以16位系统的成本，提供32位RISC性能，特别注意的是它所需的内存容量非常小。

　　③嵌入式ICE调试

　　由于集成了类似于ICE的CPU内核调试技术，所以原型设计和系统芯片的调试得到了极大的简化。

　　④微处理器

　　--ARM710系列，包括ARM710、ARM710T、ARM720T和ARM740T:

低价、低能耗、封装式常规系统微型处理器，配有高速缓存（Cache）、内存管理、写缓冲和JTAG。

广泛应用于手持式计算、数据通信和消费类多媒体。

　　--ARM940T、920T系列:

低价、低能耗、高性能系统微处理器，配有Cache、内存管理和写缓冲。

应用于高级引擎管理、保安系统、顶置盒、便携计算机和高档打印机。

　　--StrongARM:

性能很高、同时满足常规应用需要的一种微处理器技术，与DEC联合研制，后来授权给Intel。

SA110处理器、SA1100PDA系统芯片和SA1500多媒体处理器芯片均采用了这一技术。

　　--ARM7500和ARM7500FE:

高度集成的单芯片RISC计算机，基于一个缓存式ARM732位内核，拥有内存和I/O控制器、3个DMA通道、片上视频控制器和调色板以及立体声端口;ARM7500FE则增加了一个浮点运算单元以及对EDODRAM的支持。

特别适合电视顶置盒和网络计算机（NC）。

WindowsCE的PocketPC只支持ARMWindowsCE可支持多种嵌入式处理器，但基于WindowsCE的PocketPC则只支持ARM一种。

微软在对SH3、MIPS、ARM等嵌入式处理器做了评估后认为，ARM是一种性价比较好的选择。

由于目前ARM在手持设备市场占有90%以上的份额，只支持ARM，可以有效地缩短应用程序开发与测试的时间，也降低了研发费用。

由于ARM开放其处理器授权，因此，用户在市场上可以在多家整机厂商中进行选择，从而保证了这一市场的竞争性。

2.ARM芯片CL-PS7111主要特点[BLOCKQUOTE][BLOCKQUOTE]

电平2.7v/3.3v.相对应CPU工作频率13MHz/18MHz.13MHz位节电模式,性能相当于33MHzInter486PC

ARM710A内核 

ARM7CPU 

8K4向缓存（cache） 

MMU带有64入口TLB（TransitionLook-asideBuffer） 

DRAM控制器 

支持16位和32位DRAM 

ROM/SRAM/FlashMemory控制 

可译码4,5或6个独立的256M存储空间段 

每个存储段支持8位,16位和32位操作,并支持分页模式 

可编程ROM/SRAM/FlashMemory 

支持两个低功耗CL-PS6700PC卡（PCMCIA）控制器

2K片内SRAM用于程序快速执行

片内BootROM（128Byte）

两个同步串行接口 

支持SPI,或Microwire2兼容 

音频解码器（AudioCodec） 

27位通用接口GPIO（general-purposeI/Oport） 

3个8位和1个3位GPIOport 

支持键盘阵列扫描（Scanningkeyboardmatrix） 

两个异步串口UARTs 

支持高达115.2K波特率 

内有两个接收发送（TX,RX）16BytesFIFOs缓冲 

支持MODEM控制信号 

DC-to-DC转换器接口 

提供两个96KHz时钟输出,通过编程dutyratio（1/16---15/16）操作 

LCD控制器 

直接信号扫描板接口,单色LCD 

面板的大小可编程从16到1024个像素,16个像素为一个单位 

视频帧大小可编程到128Kbyte 

每个像素点的位数可编程1,2,4位 

计时器和实时时钟 

两个16位计时器（Timercounter）和一个32位实时时钟（RTC） 

[/BLOCKQUOTE][/BLOCKQUOTE]

3.调试工具及调试方法[BLOCKQUOTE]

ARMProjectManager（APM）includeARMDebuger:

这个工具由ARM提供主要是开发程序,编程调试ARM芯片,有相当不错的开发环境和远端调试功能,支持汇编和C.它带有一个ARM自己的嵌入式操作系统ARMAngel,用户可以在它的上面开发自己的嵌入式软件,不过这个操作系统不是实时多任务的. 

[/BLOCKQUOTE][BLOCKQUOTE]

通过计算机串口与处理器UART相连,设置计算机的超级终端（HyperTerminal）,通过超级终端察看硬件情况（寄存器设置,数据等）和程序运行情况,当然程序重要加入向UART送出数据的指令,用Beep报警也是经常用的.这种调试方法是用于底层调试硬件,找出硬件存在的问题. 

VxWorks在Shell不能正常运行前,也是采取这种方法来调试程序,不过一般不是硬件问题,而是BSP中存在的问题,需要根据硬件,修改BSP. 

　[/BLOCKQUOTE]

4.ARM7编程要点及示例 

ARM编程可参考程序示例ARM_BootFlashROM驱动 

VxWorksimage装入ARM的过程:

[BLOCKQUOTE]

ARM7有两种运行模式,Boot模式和Normal模式,Boot模式主要是把程序装入（download或load）FlashROM中用的,Normal模式是一般运行程序用的.

ARM7Boot模式时,Flash的地址是0x70000000片选型号是CS0（Normal模式下,Flash地址为0x00000000）

ARM7内部有128byte的BootROM和2K的SRAM，当需要DownloadVxWorksimage时,ARM启动采用Boot方式启动运行存在128byteBootROM中的程序初始化ARM内部的COM口，从COM口接受数据到2K的SRAM，这2K程序是用来真正LoadVxWorks的，2K程序Load完毕后系统自动跳转到这2K程序执行,它的作用是再次初始化内部的COM口,通过COM口接受VxWorks到DRAM，然后由DRAM写入FLASH。

在主板2KSRAM运行的BootLoad程序执行过程,可参看程序示例中ARMBootLoad程序

写入完毕后，切换到Normal模式重新启动系统，系统自动跳到FLASH0X00000000开始运行VXWORKS。

用PC机上的COM1与ARM内部的UART1（COM）通信来DownloadVxWorks。

[/BLOCKQUOTE]

主要管脚定义 

[BLOCKQUOTE]

32条数据线:

D0-------D31

28条地址线:

A0-------A27littleendian定义,相对应数据排列0123456--------27

6条片选信号脚:

CS0-------CS5,其实作用相当于地址线A28------A31

4个8位的PORT口:

PORTA,PORTB,PORTD主要用于外围芯片信号的控制.PORTE有双作用.

例如PORTA控制键盘的行信号,PORTB用于RS232,PORTD用于控制MODEM,FPGA..

外部中断信号EINT,EXTFIQ. 

编程时要根据主板原理图和硬件手册进行.[BLOCKQUOTE]

看硬件图纸,该芯片和CPU的那些管脚连结.特别是PORT口和片选线. 

查CPU手册,得到PORT口和该片选的硬件地址. 

编程:

用PORT口直接对芯片操作,如开,关,RESET等,用片选地址和芯片内地址结合对该外围芯片操作. 

[/BLOCKQUOTE][/BLOCKQUOTE]

Exceptionvectors,中断向量表及中断分配 

Vector地址[BLOCKQUOTE]

Exception[/BLOCKQUOTE]ExceptionModePriority（1=High） 

0x0[BLOCKQUOTE]

Reset[/BLOCKQUOTE]Svc1 

0x4[BLOCKQUOTE]

UndefinedInstruction[/BLOCKQUOTE]Undef6 

0x8[BLOCKQUOTE]

SoftwareInterrupt[/BLOCKQUOTE]Svc6 

0xC[BLOCKQUOTE]

PrefetchAbort[/BLOCKQUOTE]Abort5 

0x10[BLOCKQUOTE]

DataAbort[/BLOCKQUOTE]Abort2 

0x14[BLOCKQUOTE]

Reserved[/BLOCKQUOTE]NotapplicableNotapplicable 

0x18[BLOCKQUOTE]

Interrupt（IRQ）[/BLOCKQUOTE]irq4 

0x1C[BLOCKQUOTE]

FastInterrupt（FIQ）[/BLOCKQUOTE]Fiq3 

[BLOCKQUOTE]

　[/BLOCKQUOTE][BLOCKQUOTE]

这个向量表必须要放置在系统地址0x00000000（一般是逻辑地址,即经过MMU映射后的地址）处.[/BLOCKQUOTE][BLOCKQUOTE]

一般是在这些地址上放跳转指令BL,跳到相应的地址空间执行相应的程序.[/BLOCKQUOTE][BLOCKQUOTE]

如系统执行从0x00000000Reset开始,Reset跳转到某一地址开始运行操作系统.[/BLOCKQUOTE][BLOCKQUOTE]

　[/BLOCKQUOTE][BLOCKQUOTE]

程序示例,中断向量表（ARMasm）:

__VectorStart;StartofARMprocessorvectors

LDRpc,ResetV;00-Reset

LDRpc,UndefV;04-Undefinedinstructions

LDRpc,SWIV;08-SWIinstructions

LDRpc,PAbortV;0C-Instructionfetchaborts

LDRpc,DAbortV;10-Dataaccessaborts

LDRpc,UnusedV;14-Reserved（wasaddressexception）

LDRpc,IRQV;18-IRQinterrupts

LDRpc,FIQV;1C-FIQinterrupts[/BLOCKQUOTE]

中断号分配（FIQ,IRQ）中断类型中断号 

Name 

说明 

FIQ0外部中断EXTFIQ管脚NEXTFIQ 

………… 

IRQ5外部中断EINT1管脚NEINT1 

IRQ6外部中断EINT2管脚NEINT2 

IRQ7外部中断EINT3管脚NEINT3 

………… 

IRQ12内部中断UTXINT1UART1TXFIFO为空 

………… 

[BLOCKQUOTE]

　[/BLOCKQUOTE][BLOCKQUOTE]

中断号也是寄存器INTMR和INTSR的位,所以在ARM中中断的编程要点是[/BLOCKQUOTE][BLOCKQUOTE]

看硬件图纸,该外设和CPU的那一个管脚连结. 

查CPU手册,得到中断号及INTMR,INTSR的地址. 

编程 

[/BLOCKQUOTE][BLOCKQUOTE]

注:

如果不是写底层driver,只是在系统上层编程（如VxWorks,Linux）知道中断号即可.[/BLOCKQUOTE][BLOCKQUOTE]

程序示例（VxWorks）:

[/BLOCKQUOTE][BLOCKQUOTE]

//登记中断号5,和相应的中断例程ComISR.[/BLOCKQUOTE][BLOCKQUOTE]

intConnect（（VOIDFUNCPTR*）5,ComISR,0）;[/BLOCKQUOTE][BLOCKQUOTE]

//使能这中断[/BLOCKQUOTE][BLOCKQUOTE]

intEnable（（VOIDFUNCPTR*）5）;[/BLOCKQUOTE][BLOCKQUOTE]

……[/BLOCKQUOTE][BLOCKQUOTE]

ARMInterrupts:

ARMprocessorsimplementfastandnormallevelofinterrupt,signalledexternally,synchroniseinterruptsbeforeanexceptionisraised.Afastinterruptrequst（FIQ）willdesablesubsequentnormalandfastinterruptbysettingtheIandFbitinCPSR,andanormalinterruprequest（IRQ）willdisablesubsequentnormalinterruptbysettingIbitinCPSR.

计时器中断编程过程[BLOCKQUOTE]

ARM7一般内部有两个16位计时器（Timercounter）和一个32位实时时钟（RTC）,计时器中断属于IRQ中断,这里以计时器1为例叙述一下中断的编程过程

设置interrupmaskINTMR1寄存器0x80000240第8位TC1OI计时器1为使能.在0x800000300计时器1的数据寄存器TC1D写入指定数据,这样数据开始从这个给定的数开始递减计数,计数递减至0后,会产生一个溢出underflowIRQ中断请求,中断状态寄存器INTSR10x80000240第8位TC1OI置位.系统会跳到中断向量表地址0x00000018处,执行相应的中断程序,中断程序通过判断中断的类型（判断中断状态寄存器的位）,来执行相应的中断服务程序ISR.中断状态寄存器标志位复位,计时器开始重新开始计时.

[/BLOCKQUOTE]

　[/BLOCKQUOTE]

存储空间管理单元（MMU） 

物理地址映射 

重点在于片选地址CS的选取,另外MMU映射需要参考这个物理地址[BLOCKQUOTE]

　[/BLOCKQUOTE][BLOCKQUOTE]

ARM7物理地址映射表[/BLOCKQUOTE]地址 

内容 

大小 

备注 

0xF000.0000Unused256Mbytes 

0xE000.0000Unused256Mbytes 

0xD000.0000DRAMBank1256Mbytes 

0xC000.0000DRAMBank0256Mbytes外接DRAM 

0x8000.2000Unused--1Gbytes 

0x8000.0000内部寄存器地址8Kbytes主要的I/O和控制 

0x7000.0000BootROM128bytes片内,封有Boot程序 

0x6000.0000On-chipSRAM2Kbytes片内,存放Load程序 

0x5000.0000PCMCIA-1（NCS[5]）4*64Mbytes 

0x4000.0000PCMCIA-0（NCS[4]）4*64Mbytes 

0x3000.0000外部扩展（NCS[3]）256Mbytes 

0x2000.0000外部扩展（NCS[2]）256Mbytes 

0x1000.0000ROMBank1（NCS[1]）256Mbytes 

0x0000.0000ROMBank0（NCS[0]）256Mbytes外接FlashROM 

MMU虚拟（逻辑）地址和物理地址的映射实例[BLOCKQUOTE]

Vxworks支持的ARM架构的处理器,一般是RAM的起始位置为0x0,而实际上ARM的物理地址0x0是ROM的起始地址,RAM在高位地址.这就需要系统在Boot过程中,执行MMU程序,重新映射RAM和ROM的地址.即RAM起始地址为0x0.[/BLOCKQUOTE]

MMU主要有ARM7中协处理器coprocessor15控制,coporocessor主要控制:

[BLOCKQUOTE]

片内的MMU 

指令和数据缓存（IDC） 

WriteBuffer（WB） 

MMU有两层页表（two-levelpagetable）用来进行虚拟地址向物理地址转换,CP15定义16个寄存器,只有MRC和MCR指令才能对它们操作.

在VxWorks系统中,MMU表分成两部分:

bootuptable和finaltable.在文件ramAtHigh.h中定义.该表在文件romInit.s中初始化,语句为:

BL_ramAtHigh_1

（2）[/BLOCKQUOTE]

MMU映射实例

虚拟（逻辑）地址（VxWorks系统）硬件物理地址RAM首地址0x0000.0000 

LowAddress0x0000.1000 

HighAddress0x0060.0000 

ROM　0x0100.0000 

其他的地址逻辑地址和物理地址映射地址不变 

0x8000.0000内部寄存器 

.................. 

................. 

相同的颜色映射对应的地址 

　ROM0x0000.0000VxWorksimage和文件系统 

RAM首地址0xC000.0000存放LCD,MMU表等 

0xC004.0000中断向量表等 

0xC004.1000VxWorks运行位置 

0xC064.0000VxWorks从ROM解压后Copy的位置 

其他的地址映射地址不变 

0x8000.0000内部寄存器 

.............. 

.............. 

其中,LowAddress,HighAddress在系统配置文件config.h和Makefile中设置,参见BSP文件示例