ARM概述

　　ARM處理器是英國(guó)Acorn有限公司設(shè)計(jì)的低功耗成本的第一款RISC微處理器。全稱為Advanced RISC Machine。ARM處理器本身是32位設(shè)計(jì)，但也配備16位指令集，一般來(lái)講比等價(jià)32位代碼節(jié)省達(dá)35%，卻能保留32位系統(tǒng)的所有優(yōu)勢(shì)。

　　ARM的Jazelle技術(shù)使Java加速得到比基于軟件的Java虛擬機(jī)（JVM）高得多的性能，和同等的非Java加速核相比功耗降低80%。CPU功能上增加DSP指令集提供增強(qiáng)的16位和32位算術(shù)運(yùn)算能力，提高了性能和靈活性。ARM還提供兩個(gè)前沿特性來(lái)輔助帶深嵌入處理器的高集成SoC器件的調(diào)試，它們是嵌入式ICE-RT邏輯和嵌入式跟蹤宏核（ETMS）系列。

　　ARM處理器特點(diǎn)

　　1、體積小、低功耗、低成本、高性能；

　　2、支持Thumb（16位）/ARM（32位）雙指令集，能很好的兼容8位/16位器件；

　　3、大量使用寄存器，指令執(zhí)行速度更快；

　　4、大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成；

　　5、尋址方式靈活簡(jiǎn)單，執(zhí)行效率高；

　　6、指令長(zhǎng)度固定。

　　ARM主要模式

　　處理器工作模式 說(shuō)明

　　用戶模式（usr） ARM處理器正常的程序執(zhí)行狀態(tài)

　　系統(tǒng)模式（sys） 運(yùn)行具有特權(quán)的操作系統(tǒng)任務(wù)

　　快中斷模式（fiq） 支持高速數(shù)據(jù)傳輸或通道處理

　　管理模式（svc） 操作系統(tǒng)保護(hù)模式

　　數(shù)據(jù)訪問終止模式（abt） 用于虛擬存儲(chǔ)器及存儲(chǔ)器保護(hù)

　　中斷模式（irq） 用于通用的中斷處理

　　未定義指令終止模式（und） 支持硬件協(xié)處理器的軟件仿真

　　除用戶模式外，其余6種模式稱為非用戶模式或特權(quán)模式；用戶模式和系統(tǒng)模式之外的5種模式稱為異常模式。ARM處理器的運(yùn)行模式可以通過(guò)軟件改變，也可以通過(guò)外部中斷或異常處理改變。

　　arm的協(xié)處理器有幾個(gè)

　　ARM可支持多達(dá)16個(gè)協(xié)處理器，主要的作用：ARM處理器初始化，ARM與協(xié)處理器的數(shù)據(jù)處理操作，ARM的寄存器與協(xié)處理器的寄存器之間傳送數(shù)據(jù)，以及ARM協(xié)處理器的寄存器和存儲(chǔ)器之間傳送數(shù)據(jù)。共有5條：

　　-CDP協(xié)處理器數(shù)據(jù)操作指令

　　-LDC協(xié)處理器數(shù)據(jù)加載指令

　　-STC協(xié)處理器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)指令

　　-MCRARM的寄存器到協(xié)處理器的寄存器的數(shù)據(jù)傳送

　　-MRC協(xié)處理器的寄存器到ARM的寄存器的數(shù)據(jù)傳送

　　1、CDP指令

　　CDP指令的格式為：

　　CDP{條件}協(xié)處理器編碼，協(xié)處理器操作碼1，目的寄存器，源寄存器1，源寄存器2，協(xié)處理器操作碼2。

　　CDP指令用于ARM處理器通知ARM協(xié)處理器執(zhí)行特定的操作，若協(xié)處理器不能成功完成特定的操作，則產(chǎn)生未定義指令異常。其中協(xié)處理器操作碼1和協(xié)處理器操作碼2為協(xié)處理器將要執(zhí)行的操作，目的寄存器和源寄存器均為協(xié)處理器的寄存器，指令不涉及ARM處理器的寄存器和存儲(chǔ)器。

　　指令示例：

　　CDPP3，2，C12，C10，C3，4；該指令完成協(xié)處理器P3的初始化

　　2、LDC指令

　　LDC指令的格式為：

　　LDC{條件}{L}協(xié)處理器編碼，目的寄存器，［源寄存器］

　　LDC指令用于將源寄存器所指向的存儲(chǔ)器中的字?jǐn)?shù)據(jù)傳送到目的寄存器中，若協(xié)處理器不能成功完成傳送操作，則產(chǎn)生未定義指令異常。其中，{L}選項(xiàng)表示指令為長(zhǎng)讀取操作，如用于雙精度數(shù)據(jù)的傳輸。

　　指令示例：

　　LDCP3，C4，［R0］；將ARM處理器的寄存器R0所指向的存儲(chǔ)器中的字?jǐn)?shù)據(jù)傳送到協(xié)處理器P3的寄存器C4中。

　　3、STC指令

　　STC指令的格式為：

　　STC{條件}{L}協(xié)處理器編碼，源寄存器，［目的寄存器］

　　STC指令用于將源寄存器中的字?jǐn)?shù)據(jù)傳送到目的寄存器所指向的存儲(chǔ)器中，若協(xié)處理器不能成功完成傳送操作，則產(chǎn)生未定義指令異常。其中，{L}選項(xiàng)表示指令為長(zhǎng)讀取操作，如用于雙精度數(shù)據(jù)的傳輸。

　　指令示例：

　　STCP3，C4，［R0］；將協(xié)處理器P3的寄存器C4中的字?jǐn)?shù)據(jù)傳送到ARM處理器的寄存器R0所指向的存儲(chǔ)器中。

　　4、MCR指令

　　MCR指令的格式為：

　　MCR{條件}協(xié)處理器編碼，協(xié)處理器操作碼1，源寄存器，目的寄存器1，目的寄存器2，協(xié)處理器操作碼2。

　　MCR指令用于將ARM處理器寄存器中的數(shù)據(jù)傳送到協(xié)處理器寄存器中，若協(xié)處理器不能成功完成操作，則產(chǎn)生未定義指令異常。其中協(xié)處理器操作碼1和協(xié)處理器操作碼2為協(xié)處理器將要執(zhí)行的操作，源寄存器為ARM處理器的寄存器，目的寄存器1和目的寄存器2均為協(xié)處理器的寄存器。

　　指令示例：

　　MCRP3，3，R0，C4，C5，6；該指令將ARM處理器寄存器R0中的數(shù)據(jù)傳送到協(xié)處理器P3的寄存器C4和C5中。

　　5、MRC指令

　　MRC指令的格式為：

　　MRC{條件}協(xié)處理器編碼，協(xié)處理器操作碼1，目的寄存器，源寄存器1，源寄存器2，協(xié)處理器操作碼2。

　　MRC指令用于將協(xié)處理器寄存器中的數(shù)據(jù)傳送到ARM處理器寄存器中，若協(xié)處理器不能成功完成操作，則產(chǎn)生未定義指令異常。其中協(xié)處理器操作碼1和協(xié)處理器操作碼2為協(xié)處理器將要執(zhí)行的操作，目的寄存器為ARM處理器的寄存器，源寄存器1和源寄存器2均為協(xié)處理器的寄存器。

　　指令示例：

　　MRCP3，3，R0，C4，C5，6；該指令將協(xié)處理器P3的寄存器中的數(shù)據(jù)傳送到ARM處理器寄存器中.

　　CP14調(diào)試通信通道協(xié)處理器

　　調(diào)試通信通道協(xié)處理器DCC（the Debug CommunicationsChannel）提供了兩個(gè)32bits寄存器用于傳送數(shù)據(jù)，還提供了6bits通信數(shù)據(jù)控制寄存器控制寄存器中的兩個(gè)位提供目標(biāo)和主機(jī)調(diào)試器之間的同步握手。

　　此控制寄存器中的兩個(gè)位提供目標(biāo)和主機(jī)調(diào)試器之間的同步握手：

　　位 1（W 位） 從目標(biāo)的角度表示通信數(shù)據(jù)寫入寄存器是否空閑：

　　W = 0 目標(biāo)應(yīng)用程序可以寫入新數(shù)據(jù)。

　　W = 1 主機(jī)調(diào)試器可以從寫入寄存器中掃描出新數(shù)據(jù)。

　　位 0（R 位） 從目標(biāo)的角度表示通信數(shù)據(jù)讀取寄存器中是否有新數(shù)據(jù)：

　　R = 1 有新數(shù)據(jù)，目標(biāo)應(yīng)用程序可以讀取。

　　R = 0 主機(jī)調(diào)試器可以將新數(shù)據(jù)掃描到讀取寄存器中。

　　注意：

　　調(diào)試器不能利用協(xié)處理器 14 直接訪問調(diào)試通信通道，因?yàn)檫@對(duì)調(diào)試器無(wú)意義。但調(diào)試器可使用掃描鏈讀寫 DCC 寄存器。 DCC 數(shù)據(jù)和控制寄存器可映射到 EmbeddedICE 邏輯單元中的地址。 若要查看EmbeddedICE 邏輯寄存器，請(qǐng)參閱您的調(diào)試器和調(diào)試目標(biāo)的相關(guān)文檔。

　　通信數(shù)據(jù)讀取寄存器

　　用于接收來(lái)自調(diào)試器的數(shù)據(jù)的 32 位寬寄存器。 以下指令在 Rd 中返

　　回讀取寄存器的值：

　　MRC p14， 0， Rd， c1， c0

　　通信數(shù)據(jù)寫入寄存器

　　用于向調(diào)試器發(fā)送數(shù)據(jù)的 32 位寬寄存器。 以下指令將 Rn 中的值寫

　　到寫入寄存器中：

　　MCR p14， 0， Rn， c1， c0

　　注意

　　有關(guān)訪問 ARM10 和 ARM11 內(nèi)核 DCC寄存器的信息，請(qǐng)參閱相應(yīng)的技術(shù)參考手冊(cè)。 ARM9 之后的各處理器中，所用指令、狀態(tài)位位置以及對(duì)狀態(tài)位的解釋都有所不同。

　　目標(biāo)到調(diào)試器的通信

　　這是運(yùn)行于 ARM內(nèi)核上的應(yīng)用程序與運(yùn)行于主機(jī)上的調(diào)試器之間的通信事件順序：

　　1. 目標(biāo)應(yīng)用程序檢查 DCC 寫入寄存器是否空閑可用。為此，目標(biāo)應(yīng)用程序使用 MRC 指令讀取調(diào)試通信通道控制寄存器，以檢查 W 位是否已清除。

　　2. 如果 W 位已清除，則通信數(shù)據(jù)寫入寄存器已清空，應(yīng)用程序?qū)f(xié)處理器14，使用 MCR 指令將字寫入通信數(shù)據(jù)寫入寄存器。 寫入寄存器操作會(huì)自動(dòng)設(shè)置W 位。如果 W位已設(shè)置，則表明調(diào)試器尚未清空通信數(shù)據(jù)寫入寄存器。此時(shí)，如果應(yīng)用程序需要發(fā)送另一個(gè)字，它必須輪詢 W 位，直到它已清除。

　　3. 調(diào)試器通過(guò)掃描鏈 2 輪詢通信數(shù)據(jù)控制寄存器。 如果調(diào)試器發(fā)現(xiàn) W位已設(shè)置，則它可以讀 DCC 數(shù)據(jù)寄存器，以讀取應(yīng)用程序發(fā)送的信息。 讀取數(shù)據(jù)的進(jìn)程會(huì)自動(dòng)清除通信數(shù)據(jù)控制寄存器中的 W 位。

　　以下代碼顯示了這一過(guò)程

　　AREA OutChannel， CODE，READONLY

　　ENTRY

　　MOV r1，#3 ; Number of words to send

　　ADR r2， outdata ; Address ofdata to send

　　pollout

　　MRC p14，0，r0，c0，c0 ; Read controlregister

　　TST r0， #2

　　BNE pollout ; if W set， register stillfull

　　write

　　LDR r3，［r2］，#4 ; Read word fromoutdata

　　; into r3 and update the pointer

　　MCR p14，0，r3，c1，c0 ; Write word fromr3

　　SUBS r1，r1，#1 ; Update counter

　　BNE pollout ; Loop if more words to bewritten

　　MOV r0， #0x18 ;Angel_SWIreason_ReportException

　　LDR r1， =0x20026 ;ADP_Stopped_ApplicationExit

　　SVC 0x123456 ; ARM semihosting（formerly SWI）

　　outdata

　　DCB “Hello there！”

　　END

　　調(diào)試器到目標(biāo)的通信

　　這是運(yùn)行于主機(jī)上的調(diào)試器向運(yùn)行于內(nèi)核上的應(yīng)用程序傳輸消息的事件順序：

　　1. 調(diào)試器輪詢通信數(shù)據(jù)控制寄存器的 R 位。 如果 R位已清除，則通信數(shù)據(jù)讀取寄存器已清空，可將數(shù)據(jù)寫入此寄存器，以供目標(biāo)應(yīng)用程序讀取。

　　2. 調(diào)試器通過(guò)掃描鏈 2 將數(shù)據(jù)掃描到通信數(shù)據(jù)讀取寄存器中。此操作會(huì)自動(dòng)設(shè)置通信數(shù)據(jù)控制寄存器中的 R 位。

　　3. 目標(biāo)應(yīng)用程序輪詢通信數(shù)據(jù)控制寄存器中的 R 位。如果該位已經(jīng)設(shè)置，則通信數(shù)據(jù)讀取寄存器中已經(jīng)有數(shù)據(jù)，應(yīng)用程序可使用 MRC 指令從協(xié)處理器14 讀取該數(shù)據(jù)。 同時(shí)，讀取指令還會(huì)清除R 位。

　　以下顯示的目標(biāo)應(yīng)用程序代碼演示了這一過(guò)程

　　AREA InChannel， CODE，READONLY

　　ENTRY

　　MOV r1，#3 ; Number of words to read

　　LDR r2， =indata ; Address to storedata read

　　pollin

　　MRC p14，0，r0，c0，c0 ; Read controlregister

　　TST r0， #1

　　BEQ pollin ; If R bit clear thenloop

　　read

　　MRC p14，0，r3，c1，c0 ; read word intor3

　　STR r3，［r2］，#4 ; Store to memoryand

　　; update pointer

　　SUBS r1，r1，#1 ; Update counter

　　BNE pollin ; Loop if more words toread

　　MOV r0， #0x18 ;Angel_SWIreason_ReportException

　　LDR r1， =0x20026 ;ADP_Stopped_ApplicationExit

　　SVC 0x123456 ; ARM semihosting（formerly SWI）

　　AREA Storage， DATA，READWRITE

　　indata

　　DCB “Duffmessage#”

　　END

　　CP15系統(tǒng)控制協(xié)處理器

　　CP15 —系統(tǒng)控制協(xié)處理器 （the system control coprocessor）他通過(guò)協(xié)處理器指令MCR和MRC提供具體的寄存器來(lái)配置和控制caches、MMU、保護(hù)系統(tǒng)、配置時(shí)鐘模式（在bootloader時(shí)鐘初始化用到）

　　CP15的寄存器只能被MRC和MCR（Move to Coprocessor from ARM Register ）指令訪問

　　MCR{cond} p15，，，，，

　　MRC{cond} p15，，，，，

　　其中L位用來(lái)區(qū)分MCR（L=1）和MRC（L=0）操作。 CP15包括15個(gè)具體的寄存器如下

　　-R0：ID號(hào)寄存器

　　-R0：緩存類型寄存器

　　-R1：控制寄存器

　　-R2：轉(zhuǎn)換表基址寄存器（Translation Table Base --TTB）

　　-R3：域訪問控制寄存器（Domain access control ）

　　-R4：保留

　　-R5：異常狀態(tài)寄存器（fault status -FSR）

　　-R6：異常地址寄存器（fault address -FAR）

　　-R7：緩存操作寄存器

　　-R8：TLB操作寄存器

　　-R9：緩存鎖定寄存器

　　-R10：TLB 鎖定寄存器

　　-R11-12&14：保留

　　-R13：處理器ID

　　-R15：測(cè)試配置寄存器 2-24

　　要注意有2個(gè)R0，根據(jù)MCR操作數(shù)的不同傳送不同的值，這也一個(gè)只讀寄存器

　　-R0：ID號(hào)寄存器 這是一個(gè)只讀寄存器，返回一個(gè)32位的設(shè)備ID號(hào)，具體功能參考ARM各個(gè)系列型號(hào)的的CP15 Register 0說(shuō)明。

　　MRC p15， 0， ， c0， c0， {0， 3-7} ;returns ID

　　以下為CP15的一些應(yīng)用示例

　　U32 ARM_CP15_DeviceIDRead（void）

　　{

　　U32 id;

　　__asm { MRC P15， 0， id， c0， c0; }

　　return id;

　　}

　　void ARM_CP15_SetPageTableBase（P_U32 TableAddress）

　　{

　　__asm { MCR P15， 0， TableAddress， c2， c0， 0; }

　　}

　　void ARM_CP15_SetDomainAccessControl（U32 flags）

　　{

　　__asm { MCR P15， 0， flags， c3， c0， 0; }

　　}

　　void ARM_CP15_ICacheFlush（）

　　{

　　unsigned long dummy;

　　__asm { MCR p15， 0， dummy， c7， c5， 0; }

　　}

　　void ARM_CP15_DCacheFlush（）

　　{

　　unsigned long dummy;

　　__asm { MCR p15， 0， dummy， c7， c6， 0; }

　　}

　　void ARM_CP15_CacheFlush（）

　　{

　　unsigned long dummy;

　　__asm { MCR p15， 0， dummy， c7， c7， 0; }

　　}

　　void ARM_CP15_TLBFlush（void）

　　{

　　unsigned long dummy;

　　__asm { MCR P15， 0， dummy， c8， c7， 0; }

　　}

　　void ARM_CP15_ControlRegisterWrite（U32 flags）

　　{

　　__asm { MCR P15， 0， flags， c1， c0; }

　　}

　　void ARM_CP15_ControlRegisterOR（U32 flag）

　　{

　　__asm {

　　mrc p15，0，r0，c1，c0，0

　　mov r2，flag

　　orr r0，r2，r0

　　mcr p15，0，r0，c1，c0，0

　　}

　　}

　　void ARM_CP15_ControlRegisterAND（U32 flag）

　　{

　　__asm {

　　mrc p15，0，r0，c1，c0，0

　　mov r2，flag

　　and r0，r2，r0

　　mcr p15，0，r0，c1，c0，0

　　}

　　}

　　void ARM_MMU_Init（P_U32 TableAddress）

　　{

　　ARM_CP15_TLBFlush（）;

　　ARM_CP15_CacheFlush（）;

　　ARM_CP15_SetDomainAccessControl（0xFFFFFFFF）;

　　ARM_CP15_SetPageTableBase（TableAddress）;

　　}

　　void Enable_MMU （void）

　　{

　　__asm {

　　mrc p15，0，r0，c1，c0，0

　　mov r2， #0x00000001

　　orr r0，r2，r0

　　mcr p15，0，r0，c1，c0，0

　　}

　　printf（“MMU enabled\n”）;

　　}

　　void Disable_MMU （void）

　　{

　　__asm {

　　mrc p15，0，r0，c1，c0，0

　　mov r2， #0xFFFFFFFE

　　and r0，r2，r0

　　mcr p15，0，r0，c1，c0，0

　　}

　　printf（“MMU disabled\n”）;

　　}