首先我们来了解一下ARM相关的一些知识：

1.ARM公司：

• 成立于1990年11月
• 前身为 Acorn计算机公司
• 主要设计ARM系列RISC处理器内核
• 授权ARM内核给生产和销售半导体的合作伙伴
• ARM 公司不生产芯片
• 另外也提供基于ARM架构的开发设 计技术
• 软件工具, 评估板, 调试工具,应用 软件,总线架构, 外围设备单元，等

2.ARM：

• CPU IP CORE ,CPU 的硬件内核

ARM 就是一种CPU 内核的设计方式

接下来我们就对于这一款CPU内核展开学习一下：

ARM

1.CPU内核（kaenel）及其分类：

1.分类：
1.1.指令集：

• CPU的指令集其实就是用指令对计算机实现控制和计算的指令集合。

1.2.根据指令集不同分为：

1. CISC：Complex Instruction Set Computer ，复杂指令集计算机，（x86 架构）
2. RISC：Reducd Instruction Set Computer , 精简指令集计算机，（ARM，8051，dsp）

2.类比CISC与RISC

2.1.CISC：

• 芯片面积大
• 加工成本高
• 设计复杂
• 体积大，功耗大
• 拥有庞大的指令集

2.2.RISC：

• 芯片面积小
• 加工成本低
• 功耗低
• 体积小（适用于便携式设备）
• 去除了CISC 的多余指令集

2.ARM发展史：

ARM公司就是设计RISC这样的处理器内核的公司
司也根据不同的应用场景设计了不同型号的CPU内核：

ARM的不同版本也经历了如下的演变：

Cortex版本的不同型号也对应了不同的功能：

型号	优点	应用领域
Cortex - A	A:applaction 应用型高	手机与应用电子领域
Cortex - R	R:realtime 实时性高	汽车电子，航空航天与军工领域
Cortex - M	M:Micro 微控制器	单片机领域

接下来正式对于ARM的内核结构进行了解：

3.ARM内核结构

用这款i.mx6ull 的开发板来展开学习：它使用了Crotex - A7 的内核，一次操作的寄存器是32bit大小

1.处理器组成：
处理器的功能就是为了操作数据，那么我们一个处理器应当具备的基本结构就是：

1. ALU ：Arithmetic Logical Unit 算数逻辑单元‘
2. 寄存器：reg
3. 状态指示寄存器：PSR
4. 外部数据访问：BIU ，Bus Interface Unit 总线接口单元

2.寄存器：

2.1.R0 - R12 通用寄存器（在内核中进行操作）

• 作用：在内核中存放数据
• 不可位寻址，寄存器在硬件中直接存死，不可以通过软件操作

2.2.PC寄存器：Program Conter 程序计数器

• 本质上是一个指针，指向当前程序允许指令的下一条指令
• PC指向哪里，程序接下来就会去允许哪一条指令

程序允许的三级流水线结构

• 取指令，解释指令，执行指令，三者是同时向下运行的

2.3.LR寄存器：Linker Register 链接寄存器

• 保存程序返回的地址

操作

• 当PC发生带链接的跳转指令时，将PC的内容存入LR中

2.4.SP寄存器：Stack Point ，栈指针寄存器

• PC寄存器指向栈顶
• 这个栈是专门存放LR寄存器的内容的

当函数的调用或者PC的跳转发生嵌套时，仅仅依靠LR寄存器无法返回初始执的地方，我们需要将LR寄存器的地址
在第二次调用前，先将第一次的地址压入栈，在出栈时，拿出SP寄存器指向的地址赋给lr让程序返回上一级调用的j
结束位置

2.6.CPSR寄存器：Current Progrem Status Register ，当前程序状态寄存器

• 保存程序运行到某一步的状态

2.7.SPRC寄存器：Save Progrem Status Register ，保存/备份程序状态寄存器

• 当发生异常情况时，存在于异常状态的寄存器SPRC_会存储CPRC 中的当前程序状态
• 等到异常结束时，会将SPRC_ 中的程序状态赋给CPRC，恢复原始状态

2.8.MMU单元：Mermory Manager Unit ， 内存管理单元

• 管理虚拟内存
• 用于管理虚拟内存到真实内存的映射，从而提高物理内存的利用率
• 可以将不同的虚拟地址，映射到一块连续的物理地址中

这里要注意，当我们在进行ARM下的逻辑操作时，应当关闭MMU，防止MMU进行内存映射后
本来应该操作的真实物理地址发生了改变，对硬件的操作就会失效

ARM架构的寄存器常态下一共有37个，cortax-a 的芯片多出两种模式，一共有40 个寄存器

4.计算机系统组成
计算机系统=硬件系统+软件系统
硬件是计算机系统的物质基础，软件是计算机系统的灵魂。硬件和软件是相辅相成的，两者是不可分割的整体

计算机系统硬件组成部分：

1. 输入设备
2. 输出设备
3. 计算器
4. 存储器
5. 控制器

1.存储器：
来看一下计算机的三级存储结构：

存储器是用来存放程序和数据的部件，它是一个记忆装置，也是计算机能够实现“存储程序控制”的基础

1. 主存储器
   可由CPU直接访问，用来存放当前正在执行的程序和数据。
2. 辅助存储器
   设置在主机外部，CPU不能直接访问，用来存放暂时不参与运行的程序和数据，需要时再传送到主存。

辅助存储器也就是我们的外存，经过演变，现在我们常用的是FLASH（闪存）
分类：

• nor flash 每个字节可以被寻址，有两根总线，一根数据总线，一根地址总线

• nand flash 每个字节无法被寻址，必须以固定块的大小写入或者读取 一段数据（512byte）
  例：OMMC ：本质上是nand 是我们常用的SD卡，OMMC通常以芯片的形式出现

• 高速缓冲存储器（Cache）
  CPU可以直接访问，用来存放当前正在执行的程序中的活跃部分，以便快速地向CPU提供指令和数据。

Cache：高速数据缓存

• 将数据存入Cache中后，可以让内核直接从Cache中访问数据，不同再让CPU每次都和内存进行数据交互
• 可以提高CPU访问数据的效率

Cache分类：

• ICache：instruction Cache ，指令集缓存，用于对指令进行存储
• dCache：data Cache ， 数据缓存，用于对数据的存储

这种Cache的高速缓存将我们的指令与数据分开存储，优于经典的冯诺依曼数据与指令同时存储的方式，
可以防止程序运行时忽略掉我们的数据操作指令

5.计算机的总线结构

1.单总线通信：

• 通过一组数据线与外设进行数据交互，

缺点：

• 当与一台外设交互时，其他外设接不进来

2.双总线通信：

• 有两组负责通信的数据线

2.1. AHB总线：

• 先进高速总线（USB，网卡，RAM）
• 连接通信速度较快的总线

2.2. APB总线：

• 先进外设总线
• 用于连接通信速度较慢的外设

6.处理器的基本工作模式

1.基本工作模式：

1. USER：非特权工作模式，大部分任务的执行都在这个模式
2. FIQ ：快速中断请求模式（高优先级的异常事件）
   当一个高优先级（fast）的中断发生时，将会进入这种模式
3. IRQ：低优先级（normal）中断时，将会进入这种模式
4. supervisor：管理员SVC模式，板子上电复位或者发生软件中断时处于这种状态
5. Abort：存取异常模式，读取或者写入数据异常时进入此模式
6. Undef：执行未定义指令时进入这种模式，即从PC取出的指令经过译码器翻译出出错时进入
7. system ：使用与USER模式相同寄存器的特权模式

*2.Cortex - A 特有模式：

1. cortex-A 特有模式
2. monitor模式：为了安全而拓展出的用于执行安全监测代码的模式，也是一种特权模式

以上模式中除了USER模式之外，其余的均是特权模式

7.异常处理

当程序在运行时出现异常状态时，需要对应的进行异常处理，异常处理流程如下

异常向量表：

• 本质上是一个数组
• 存放的是跳转到异常服务函数的指令

ARM中的异常向量如下：