第一章ARM微处理器概述

ARM应用系统开发详解（入门资料）第1章ARM微处理器概述本章简介ARM微处理器的一些基本概念、应用领域及特点，引导读者进入ARM技术的殿堂。

本章主要内容：－ ARM及相关技术简介－ ARM微处理器的应用领域及特点－ ARM微处理器系列－ ARM微处理器的体系结构－ ARM微处理器的应用选型1.1 ARM－ADV ANCED RISC MachinesARM（ADV ANCED RISC Machines），既可以认为是一个公司的名字，也可以认为是对一类微处理器的通称，还可以认为是一种技术的名字。

1991年ARM公司成立于英国剑桥，主要出售芯片设计技术的授权。

目前，采用ARM技术知识产权（IP）核的微处理器，即我们通常所说的ARM微处理器，已遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类产品市场，基于ARM技术的微处理器应用约占据了32位RISC微处理器75％以上的市场份额，ARM技术正在逐步渗入到我们生活的各个方面。

ARM公司是专门从事基于RISC技术芯片设计开发的公司，作为知识产权供应商，本身不直接从事芯片生产，靠转让设计许可由合作公司生产各具特色的芯片，世界各大半导体生产商从ARM公司购买其设计的ARM微处理器核，根据各自不同的应用领域，加入适当的外围电路，从而形成自己的ARM微处理器芯片进入市场。

目前，全世界有几十家大的半导体公司都使用ARM公司的授权，因此既使得ARM技术获得更多的第三方工具、制造、软件的支持，又使整个系统成本降低，使产品更容易进入市场被消费者所接受，更具有竞争力。

1.2 ARM微处理器的应用领域及特点1.2.1 ARM微处理器的应用领域到目前为止，ARM微处理器及技术的应用几乎已经深入到各个领域：1、工业控制领域：作为32的RISC架构，基于ARM核的微控制器芯片不但占据了高端微控制器市场的大部分市场份额，同时也逐渐向低端微控制器应用领域扩展，ARM微控制器的低功耗、高性价比，向传统的8位/16位微控制器提出了挑战。

ARM芯片ARM芯片是一种广泛应用于移动设备、物联网和嵌入式系统中的微处理器架构。

ARM（Advanced RISC Machines）公司是一家总部位于英国的半导体公司，专门设计和许可ARM架构的芯片和技术。

ARM芯片以其低功耗、高性能和灵活性而闻名，成为移动设备行业的主要选择。

ARM架构的设计理念主要基于精简指令集计算（RISC）的原则。

这种架构采用了简洁的指令集和较小的指令字长，使得处理器能够更高效地执行指令，提高性能和能效比。

相较于复杂指令集计算（CISC）的架构，ARM芯片更加适用于移动设备等功耗敏感的应用场景。

ARM芯片在移动设备领域的应用非常广泛。

从智能手机到平板电脑，从可穿戴设备到智能家居，ARM芯片几乎成为了移动设备的标配。

凭借其低能耗和高性能的特点，ARM芯片不仅能够提供出色的用户体验，还能延长设备的电池寿命。

物联网是另一个重要应用领域，ARM芯片为物联网设备提供了强大的计算和通信能力。

物联网设备通常需要小巧、低功耗的芯片来保证其长时间的稳定运行，而ARM芯片正好满足了这些要求。

无论是智能家居设备、智能穿戴设备还是工业自动化设备，ARM芯片都能提供高性能和低功耗的解决方案。

嵌入式系统也是ARM芯片的另一个主要应用领域。

嵌入式系统是指集成了计算、通信和控制功能的特定设备，例如汽车电子、控制器和医疗仪器等。

对于嵌入式系统来说，可靠性和实时性是至关重要的，而ARM芯片通过其灵活的架构和强大的计算能力，为嵌入式系统提供了稳定可靠的解决方案。

除了以上应用领域，ARM芯片还广泛用于网络设备、数据中心和机器学习等领域。

虽然ARM芯片在过去更多地用于低功耗的移动设备，但近年来，随着ARM架构的不断演进和ARM芯片性能的提升，其在高性能计算、人工智能和大数据处理等领域的应用也越来越受到关注。

ARM芯片的成功离不开ARM公司的合作伙伴生态系统。

ARM公司与众多半导体公司合作，许可其架构和技术，并且提供了丰富的开发工具和资源。

什么是ARM处理器爱学习的小伙伴们，你们知道ARM是什么处理器吗?不知道的话跟着店铺一起来学习ARM处理器。

ARM处理器的介绍随着移动设备平台的日益壮大，甚至有取代桌面平台的势头，“ARM”这个词越来越多地出现在人们的视野中，特别是手机或平板处理器上，然而却从不见ARM的处理器，而是“采用ARM最新架构”的处理器。

其实，ARM(Adanced RISC Machines)，不仅是是一种处理器的通称，也是一个公司名字，还可以认为是一种技术名字。

1991年ARM公司成立于英国Cambridge，主要销售晶片设计技术的授权。

目前，采用ARM技术知识产权(IP)核的微处理器，即我们通常说的ARM微处理器，已遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类产品市场，基于ARM技术的微处理器应用约占据了32位RISC微处理器75%以上的市场份额，ARM技术正在逐步渗入到我们生活的各方面。

(ARM生态系统)ARM公司是专门从事基于RISC技术晶片设计开发的公司，作为知识产权供应商，本身不直接从事晶片生产，靠转让设计许可由合作公司生产各具特色的晶片，世界各大半导体生产商(RFID射频快报注：如PHILIPS、TI、Intel、BroadCom、ATMEL等)从ARM公司购买其设计的ARM微处理器核，根据各自不同的应用领域，加入适当的外围电路，从而形成自己的ARM微处理器晶片进入市场。

目前，全世界有几十家大的半导体公司都使用ARM公司的授权，因此既使得ARM技术获得更多的第三方工具、制造、软件的支持，又使整个系统成本降低，使产品更容易进入市场被消费者所接受，更具有竞争力。

ARM的来历, 如果说，“嵌入式”是2001年电子工程师谈论得最多的词之一，2002年谈论得最多的一个词就是“ARM”。

究竟什么是ARM呢，他是英国一家电子公司的名字，全名的意思是Advanced RISC Machine。

该公司成立于1990年11月，是苹果电脑，Acorn电脑集团和VLSI Technology的合资企业。

目录第1章 ARM微处理器概述 51.1 ARM－Advanced RISC Machines 51.2 ARM微处理器的应用领域及特点 51.2.1 ARM微处理器的应用领域 51.2.2 ARM微处理器的特点 61.3 ARM微处理器系列 61.3.1 ARM7微处理器系列 61.3.2 ARM9微处理器系列 71.3.3 ARM9E微处理器系列 71.3.4 ARM10E微处理器系列 71.3.5 SecurCore微处理器系列 81.3.6 StrongARM微处理器系列 81.3.7 Xscale处理器 81.4 ARM微处理器结构 81.4.1 RISC体系结构 81.4.2 ARM微处理器的寄存器结构 91.4.3 ARM微处理器的指令结构 91.5 ARM微处理器的应用选型 101.6 本章小节10第2章 ARM微处理器的编程模型 112.1 ARM微处理器的工作状态 112.2 ARM体系结构的存储器格式 112.3 指令长度及数据类型 122.4 处理器模式 122.5 寄存器组织 132.5.1 ARM状态下的寄存器组织 132.5.2 Thumb状态下的寄存器组织 152.5.3 程序状态寄存器 162.6 异常（Exceptions） 182.6.1 ARM体系结构所支持的异常类型 182.6.2 对异常的响应 182.6.3 从异常返回 192.6.4 各类异常的具体描述 192.6.5 异常进入/退出小节 202.6.6 异常向量（Exception Vectors） 202.6.7 异常优先级（Exception Priorities） 212.6.8 应用程序中的异常处理 212.7 本章小节21第3章 ARM微处理器的指令系统 223.1 ARM微处理器的指令集概述 223.1.1 ARM微处理器的指令的分类与格式 223.1.2 指令的条件域 233.2 ARM指令的寻址方式 233.2.1 立即寻址 243.2.2 寄存器寻址 243.2.2 寄存器间接寻址 243.2.3 基址变址寻址 243.2.4 多寄存器寻址 253.2.5 相对寻址 253.2.6 堆栈寻址 253.3 ARM指令集 253.3.1 跳转指令 253.3.2 数据处理指令 263.3.3 乘法指令与乘加指令 303.3.4 程序状态寄存器访问指令 323.3.5 加载/存储指令 323.3.6 批量数据加载/存储指令 343.3.7 数据交换指令 353.3.8 移位指令（操作） 353.3.9 协处理器指令 363.3.10 异常产生指令 383.4 Thumb指令及应用 383.5 本章小节39第4章 ARM程序设计基础 404.1 ARM汇编器所支持的伪指令 404.1.1 符号定义（Symbol Definition）伪指令 404.1.2 数据定义（Data Definition）伪指令 414.1.3 汇编控制（Assembly Control）伪指令 434.1.4 其他常用的伪指令 454.2 汇编语言的语句格式 484.2.1 在汇编语言程序中常用的符号 494.2.2 汇编语言程序中的表达式和运算符 494.3 汇编语言的程序结构 524.3.1 汇编语言的程序结构 524.3.2 汇编语言的子程序调用 524.3.3 汇编语言程序示例 534.3.4 汇编语言与C/C++的混合编程 554.4 本章小节56第5章应用系统设计与调试 575.1 系统设计概述 575.2 S3C4510B概述 585.2.1 S3C4510B及片内外围简介 585.2.2 S3C4510B的引脚分布及信号描述 615.2.3 CPU内核概述及特殊功能寄存器（Special Registers） 675.2.4 S3C4510B的系统管理器（System Manager） 725.3 系统的硬件选型与单元电路设计 825.3.1 S3C4510B芯片及引脚分析 825.3.2 电源电路 835.3.3 晶振电路与复位电路 835.3.4 Flash存储器接口电路 855.3.5 SDRAM接口电路 895.3.6 串行接口电路 935.3.7 IIC接口电路 945.3.8 JTAG接口电路 955.3.9 10M/100M以太网接口电路 965.3.10 通用I/O接口电路 1005.4 硬件系统的调试 1015.4.1 电源、晶振及复位电路 1015.4.2 S3C4510B及JTAG接口电路 1025.4.3 SDRAM接口电路的调试 1035.4.4 Flash接口电路的调试 1055.4.5 10M/100M以太网接口电路 1055.5 印刷电路板的设计注意事项 1055.5.1 电源质量与分配 1055.5.2 同类型信号线的分布 1065.6 本章小节 106 第6章部件工作原理与编程示例 1076.1 嵌入式系统的程序设计方法 1076.2 部件工作原理与编程示例 1086.2.1 通用I/O口工作原理与编程示例 1086.2.2 串行通讯工作原理与编程示例 1116.2.3 中断控制器工作原理与编程示例 1206.2.4 定时器工作原理与编程示例 1236.2.5 GDMA工作原理与编程示例 1276.2.6 IIC总线控制器工作原理 1336.2.7 以太网控制器工作原理 138主要特性139MAC功能模块 140 带缓冲DMA接口（Buffered DMA Interface） 144以太网控制器特殊功能寄存器（Ethernet Controller Special Registers） 147MAC寄存器（Media Access Control（MAC）Register） 154以太网控制器的操作（Ethernet Controller Operation） 160发送一个帧（Transmitting a Frame） 162接收一个帧（Receiving a Frame） 1626.2.8 Flash存储器工作原理与编程示例 1626.3 BootLoader简介 1676.4 本章小节 167 第7章嵌入式uClinux及其应用开发 1687.1 嵌入式uClinux系统概况 1687.2 开发工具GNU的使用 1707.2.1 GCC编译器 1707.2.2 GNU Make 1727.2.3 使用GDB调试程序 1777.3 建立uClinux开发环境 1807.3.1 建立交叉编译器 1817.3.2 uClinux针对硬件的改动 1847.3.3 编译uClinux内核 1857.3.4 内核的加载运行 1877.4 在uClinux下开发应用程序 1887.4.1 串行通信 1907.4.2 socket编程 1957.4 .3 添加用户应用程序到uClinux 2027.4.4 通过网络添加应用程序到目标系统 2057.5 本章小结 207 第8章ARM ADS集成开发环境的使用 2098.1 ADS集成开发环境组成介绍 2098.1.1 命令行开发工具 2098.1.2 ARM运行时库 2188.1.3 GUI开发环境(Code Warrior和AXD) 2198.1.4 实用程序 2218.1.5 支持的软件 2218.2 使用ADS创建工程 2228.2.1 建立一个工程 2228.2.2 编译和链接工程 2258.2.3 使用命令行工具编译应用程序 2298.3 用AXD进行代码调试 2308.4 本章小结 233第1章 ARM微处理器概述本章简介ARM微处理器的一些基本概念、应用领域及特点，引导读者进入ARM技术的殿堂。

ARM微处理器的指令系统ARM微处理器的指令系统介绍ARM指令集、Thumb指令集，以及各类指令对应的寻址方式，通过对本章的阅读，希望读者能了解ARM微处理器所支持的指令集及具体的使用方法。

本章的主要内容有：－ ARM指令集、Thumb指令集概述。

－ ARM指令集的分类与具体应用。

－ Thumb指令集简介及应用场合。

3.1 ARM微处理器的指令集概述3.1.1 ARM微处理器的指令的分类与格式ARM微处理器的指令集是加载/存储型的，也即指令集仅能处理寄存器中的数据，而且处理结果都要放回寄存器中，而对系统存储器的访问则需要通过专门的加载/存储指令来完成。

ARM微处理器的指令集可以分为跳转指令、数据处理指令、程序状态寄存器（PSR）处理指令、加载/存储指令、协处理器指令和异常产生指令六大类，具体的指令及功能如表3-1所示（表中指令为基本ARM指令，不包括派生的ARM指令）。

表3-1 ARM指令及功能描述3.1.2 指令的条件域当处理器工作在ARM状态时，几乎所有的指令均根据CPSR中条件码的状态和指令的条件域有条件的执行。

当指令的执行条件满足时，指令被执行，否则指令被忽略。

每一条ARM指令包含4位的条件码，位于指令的最高4位[31:28]。

条件码共有16种，每种条件码可用两个字符表示，这两个字符可以添加在指令助记符的后面和指令同时使用。

例如，跳转指令B可以加上后缀EQ变为BEQ表示“相等则跳转”，即当CPSR中的Z标志置位时发生跳转。

在16种条件标志码中，只有15种可以使用，如表3-2所示，第16种（1111）为系统保留，暂时不能使用。

表3-2 指令的条件码所谓寻址方式就是处理器根据指令中给出的地址信息来寻找物理地址的方式。

目前ARM指令系统支持如下几种常见的寻址方式。

3.2.1 立即寻址立即寻址也叫立即数寻址，这是一种特殊的寻址方式，操作数本身就在指令中给出，只要取出指令也就取到了操作数。

这个操作数被称为立即数，对应的寻址方式也就叫做立即寻址。

一、ARM 微处理器的指令的分类与格式ARM微处理器的指令集是加载/存储型的，也即指令集仅能处理寄存器中的数据，而且处理结果都要放回寄存器中，而对系统存储器的访问则需要通过专门的加载/存储指令来完成。

ARM微处理器的指令集可以分为跳转指令、数据处理指令、程序状态寄存器（PSR）处理指令、加载/存储指令、协处理器指令和异常产生指令六大类。

下面是ARM微处理器的基本指令。

助记符指令功能描述ADC 带进位加法指令ADD 加法指令AND 逻辑与指令B 跳转指令BIC 位清零指令BL 带返回的跳转指令BLX 带返回和状态切换的跳转指令BX 带状态切换的跳转指令CDP 协处理器数据操作指令CMN 比较反值指令CMP 比较指令EOR 异或指令LDC 存储器到协处理器的数据传输指令LDM 加载多个寄存器指令LDR 存储器到寄存器的数据传输指令MCR 从ARM 寄存器到协处理器寄存器的数据传输指令MLA 乘加运算指令MOV 数据传送指令MRC 从协处理器寄存器到ARM 寄存器的数据传输指令MRS 传送CPSR 或SPSR 的内容到通用寄存器指令MSR 传送通用寄存器到CPSR 或SPSR 的指令MUL 32 位乘法指令MLA 32 位乘加指令MVN 数据取反传送指令ORR 逻辑或指令RSB 逆向减法指令RSC 带借位的逆向减法指令SBC 带借位减法指令STC 协处理器寄存器写入存储器指令STM 批量内存字写入指令STR 寄存器到存储器的数据传输指令SUB 减法指令SWI 软件中断指令SWP 交换指令TEQ 相等测试指令TST 位测试指令--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------二、指令的条件域当处理器工作在ARM状态时，几乎所有的指令均根据CPSR中条件码的状态和指令的条件域有条件的执行。