ARM学习培训资料5

1、ARM 简介及编程1.ARM 简介 (摘录 )ARM（ Advanced RISC Machines ）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 、

2、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。 CPU 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

3、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。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。1 / 11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。微处理器

4、-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、 SA1100 PDA 系统芯片和 SA15

5、00 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ARM7 32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EDO DRAM的支持。 特别适合电视顶置盒和网络计算机（NC）。Windows CE 的 Pocket PC 只支持 ARMWindows CE可支持多种嵌入式处理器，但基于Windows CE 的 Pocket PC 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

6、，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 BLOCKQUOTEBLOCKQUOTE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33MHzInter 486 PC2 / 11ARM710A内核ARM7 CPU8K 4 向缓存 (cache)MMU带有 64

7、入口 TLB(Transition Look-aside Buffer)DRAM 控制器支持 16 位和 32 位 DRAMROM/SRAM/Flash Memory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/Flash Memory支持两个低功耗CL-PS6700 PC 卡 (PCMCIA) 控制器2K 片内SRAM 用于程序快速执行片内 Boot ROM (128Byte)两个同步串行接口支持 SPI,或 Microwire2兼容音频解码器 (Audio Codec)27 位通用接口GPI

8、O(general-purpose I/O port)3 个 8 位和 1 个 3 位 GPIO port支持键盘阵列扫描(Scanning keyboard matrix)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) 16Bytes FIFOs缓冲支持 MODEM控制信号DC-to-DC 转换器接口3 / 11提供两个96KHz 时钟输出 ,通过编程duty ratio(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128K byte每个像素

9、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 (Timer counter) 和一个 32 位实时时钟 (RTC)/BLOCKQUOTE/BLOCKQUOTE3. 调试工具及调试方法BLOCKQUOTEARM Project Manager (APM) include ARM Debuger: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ARM Angel, 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./BLOCKQUOTEBLO

10、CKQUOTE通过计算机串口与处理器UART 相连 ,设置计算机的超级终端( Hyper Terminal ), 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./BLOCKQUOTE4. ARM7编程要点及示例ARM 编程可参考程序示例ARM_Boot Flash ROM驱动

11、VxWorks image装入 ARM 的过程 :BLOCKQUOTE4 / 11ARM7 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 (down load 或 load )Flash ROM 中用的 , Normal 模式是一般运行程序用的 .ARM7 Boot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 Download VxWorks image 时 ,ARM

12、启动采用 Boot 方式启动运行存在128byte BootROM 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Load VxWorks 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 2K SRAM 运行的 Boot Load 程序执行过程 ,可参看程序示例中 ARM Boot Load 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FLASH 0

13、X00000000开始运行 VXWORKS 。用 PC 机上的 COM1 与 ARM 内部的 UART1 （ COM ）通信来 Download VxWorks 。/BLOCKQUOTE主要管脚定义BLOCKQUOTE32 条数据线 : D0-D3128 条地址线 : A0-A27 little endian 定义 , 相对应数据排列0 1 2 3 4 5 6-276条片选信号脚 : CS0-CS5, 其实作用相当于地址线A28-A314个 8 位的 PORT 口: PORT A, PORT B , PORT D 主要用于外围芯片信号的控制. PORT E 有双作用 .例如PORT A 控制键

14、盘的行信号, PORT B 用于 RS232, PORT D 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5 / 11围芯片操作 ./BLOCKQUOTE/BLOCKQUOTEException vectors,中断向量表及中断分配Vector 地址BLOCKQU

15、OTEException/BLOCKQUOTE Exception Mode Priority(1=High)0x0 BLOCKQUOTEReset/BLOCKQUOTE Svc 10x4 BLOCKQUOTEUndefined Instruction/BLOCKQUOTE Undef 60x8 BLOCKQUOTESoftware Interrupt/BLOCKQUOTE Svc 60xC BLOCKQUOTEPrefetch Abort/BLOCKQUOTE Abort 50x10 BLOCKQUOTEData Abort/BLOCKQUOTE Abort 20x14 BLOCKQUOTE

16、Reserved/BLOCKQUOTE Not applicable Not applicable0x18 BLOCKQUOTEInterrupt (IRQ)/BLOCKQUOTE irq 40x1C BLOCKQUOTEFast Interrupt (FIQ)/BLOCKQUOTE Fiq 3BLOCKQUOTE/BLOCKQUOTEBLOCKQUOTE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./BLOCKQUOTEBLOCKQUOTE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 ./BLOCKQUO

17、TEBLOCKQUOTE如系统执行从0x00000000 Reset 开始 , Reset 跳转到某一地址开始运行操作系6 / 11统 ./BLOCKQUOTEBLOCKQUOTE/BLOCKQUOTEBLOCKQUOTE程序示例 ,中断向量表(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

18、 - Instruction 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/BLOCKQUOTE中断号分配(FIQ, IRQ) 中断类型中断号Name说明FIQ 0外部中断EXTFIQ管脚 NEXT FIQ IRQ 5外部中断EINT1管脚 NEINT1IRQ 6外部中断EINT2管脚 NEINT2

19、IRQ 7外部中断EINT3管脚 NEINT3IRQ 12 内部中断UTXINT1 UART1 TX FIFO为空BLOCKQUOTE/BLOCKQUOTEBLOCKQUOTE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/BLOCKQUOTEBLOCKQUOTE7 / 11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/BLOCKQUOTEBLOCKQUOTE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 ./BLO

20、CKQUOTEBLOCKQUOTE程序示例 (VxWorks): /BLOCKQUOTEBLOCKQUOTE/登记中断号 5, 和相应的中断例程 ComISR./BLOCKQUOTEBLOCKQUOTE intConnect ( ( VOIDFUNCPTR * ) 5, ComISR, 0 ) ; /BLOCKQUOTEBLOCKQUOTE /使能这中断 /BLOCKQUOTEBLOCKQUOTEintEnable ( ( VOIDFUNCPTR * ) 5 );/BLOCKQUOTEBLOCKQUOTE /BLOCKQUOTEBLOCKQUOTEARM Interrupts: ARM pro

21、cessors implement fast and normal level of interrupt,signalled externally, 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 normalinterrup request(IRQ) will disable subsequen

22、t normal interrupt by setting I bit in CPSR.计时器中断编程过程BLOCKQUOTEARM7 一般内部有两个16 位计时器 (Timer counter) 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 interrup mask INTMR1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underflow

23、 IRQ 中断请求 ,中断状态寄存器INTSR1 0x80000240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)8 / 11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/BLOCKQUOTEBLOCKQUOTEARM7物理地址映射表/BLOCKQUOTE地址内容大小备注

24、0xF000.0000 Unused 256Mbytes0xE000.0000 Unused 256Mbytes0xD000.0000 DRAM Bank 1 256Mbytes0xC000.0000 DRAM Bank 0 256Mbytes外接 DRAM0x8000.2000Unused -1Gbytes0x8000.0000内部寄存器地址8Kbytes主要的 I/O 和控制0x7000.0000Boot ROM 128 bytes 片内 ,封有 Boot 程序0x6000.0000On-chip SRAM 2 Kbytes 片内 ,存放 Load 程序0x5000.0000PCMCIA-

25、1(NCS5)4*64 Mbytes0x4000.0000PCMCIA-0(NCS4)4*64 Mbytes0x3000.0000外部扩展 (NCS3) 256Mbytes0x2000.0000外部扩展 (NCS2) 256Mbytes0x1000.0000ROM Bank 1(NCS1) 256Mbytes0x0000.0000 ROM Bank 0(NCS0) 256Mbytes外接 Flash ROMMMU虚拟 (逻辑 )地址和物理地址的映射实例BLOCKQUOTEVxworks 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