什么是ARM

ARM 是一种精简指令集（RISC）处理器架构，采用 RISC 精简指令思想，拥有 ARM 状态与 Thumb/Thumb‑2 两种指令执行状态；ARM 内核内部包含通用寄存器、ALU、CPSR/SPSR、流水线，部分内核集成 MMU、Cache、FPU 等部件。ARM 内核本身不包含存储器与片内外设，芯片厂商将 ARM 内核搭配 RAM、Flash、各类片内外设集成构成 SoC 片上系统。ARM 架构功耗低、体积小，广泛应用于单片机、手机、嵌入式设备等场景，Cortex‑M 系列单片机内核仅支持 Thumb‑2 指令集，没有 MMU，Cortex‑A 系列应用内核带有 MMU，可以运行 Linux 操作系统。

ARM指令集版本与内核版本

ARM 架构版本号（ARMv4T、ARMv7‑M、ARMv8‑A）定义 ARM 指令集，内核型号（Cortex‑M3、Cortex‑A53）是基于对应架构版本实现的具体 CPU 内核。同一个架构版本可以对应多款不同内核，不同内核会支持不同指令集

ARM 架构指的是 ARM 指令集体系版本（ARMv4T、ARMv7‑M 等），它定义了指令、寄存器、异常处理等规范，属于软件层面的标准；内核是基于该架构规范实现的具体 CPU 硬件实物。同一个架构版本可以衍生出多款不同内核，不同内核硬件特性存在差异，但指令集保持兼容。

ARM内核：通用寄存器，CPSR，SPSR，ALU，Cache高速缓存。

通用寄存器（R0~R12）主要用来临时存放运算数据，函数参数，局部变量，地址，指针。CPU执行运算时，数据要先读到寄存器，ALU才可以运算

R13 SP (Stack Pointer)堆栈指针，指向堆栈栈顶地址，每个处理器模式都拥有独立的SP（System公用User）

R14 LR (Link Register)链接寄存器，保存子程序返回地址，跳转函数时，自动将返回地址写入LR，函数返回时，将LR写入PC（32位，LR自动加4）

R15 PC (Program Counter)程序计数器，保存下一步运行的指令地址。

ALU (Arithmetic Logic Unit): 专门完成CPU所有的算术运算和逻辑运算。

MMU (Memory Management Unit): MMU 是内存管理单元，完成虚拟地址到物理地址转换,进行内存访问权限管理。

Cache高速缓存：

I Cache 指令高速缓存 Instruction Cache，存放程序指令，CPU 取指令的时候，优先从I Cache 读取。

D Cache 数据高速缓存 Data Cache，存放程序用到的数据（变量）。读写变量优先访问 D‑Cache（裸机可以先关闭）。

软中断：？

存取异常：存取指令异常与存取数据异常，错误地址，没有数据

未定义指令：指令错误

为了上操作系统进行的准备工作

寄存器集：

每一个模式下，都有一套通用寄存器。有的模式会与USER共用一些寄存器

单核只有一个PC，所以pc独立只有一个，永远指向下一条要执行的程序地址

SP：栈顶指针

cpsr: 当前状态寄存器，所有模式都有

spsr：备份寄存器，切换模式前，将USER的cpsr备份到spsr方便切回进行恢复

一种异常，一种事件，对应一种模式，处理完后需要返回USER（类型中断）

System模式使用寄存器与USER一样，只是有特权

Cortex-A，有40个，多一个monitor监控模式，hyp调试模式

 

异常向量表

 

每个位置存储的指令，为一个跳转指令，改变pc，跳到其他地方处理异常，类似中断函数，每个大小为4位

ARM状态？thumb状态？

ARM 内核有 ARM 状态和 Thumb 状态，ARM 状态下执行 32 位 ARM 指令，指令占 4 字节，指令功能完整；Thumb 状态执行 16 位 Thumb 指令，属于 ARM 指令的子集，指令占 2 字节，可以提高代码密度，减小程序占用存储空间。两种状态通过 BX 指令进行切换，依靠目标地址的 bit0 位来选择工作状态，bit0 为 0 进入 ARM 状态，bit0 为 1 进入 Thumb 状态。注意状态不等同于处理器工作模式，Cortex‑M 内核没有 ARM 状态，仅支持 Thumb‑2 混合指令集。

ARM / 通用 PC 访问不可寻址外存（硬盘、U 盘、Flash 盘）流程

可寻址存储：内存 SDRAM，CPU 可以直接通过地址总线读写；

不可寻址外存：硬盘、U 盘、SD 卡。CPU不能直接给外存发地址读取数据，必须通过外设控制器交互，数据先搬运到内存，CPU 再处理内存里的数据。

1. 应用程序发起读外存请求（例如读取文件），调用操作系统文件系统接口。
2. 操作系统陷入内核态，文件系统把文件逻辑位置，翻译成外存设备上的块号。
3. 操作系统在主内存 (RAM) 开辟一块缓冲区。
4. CPU 向存储控制器（SATA 控制器 / USB 控制器 / SD 控制器）下发命令：读取指定块，目标内存缓冲区地址。
5. 控制器接管 DMA，不需要 CPU 干预，把外存的数据搬运到内存缓冲区。
6. DMA 传输完成后控制器产生中断通知 CPU。
7. CPU 从内存缓冲区中读取数据，交给应用程序使用。

不可寻址外存（硬盘、U 盘、SD 卡）CPU 内核不能直接访问，必须依靠对应的片内外设控制器：比如 USB 控制器、SD 控制器、SATA 控制器，这些属于片内外设，不属于 ARM 内核 Core 本身。

SOC与CPU的关系

CPU（处理器内核）是 SoC 的其中一个核心组成部分；SoC 是一整个芯片。CPU（处理器内核）是 SoC 的其中一个核心组成部分；SoC 是一整个芯片。

SoC 将 CPU 内核、存储器、DMA 以及各类片内外设集成到单颗芯片；CPU 负责指令执行与运算，依靠片内总线访问片上的存储器和外设；仅有 CPU 无法独立工作，必须搭配其他组件构成 SoC 才能实现完整功能。

片内外设

片内外设是集成在 SoC 芯片内、挂在片内总线上，CPU 内核之外的外围硬件模块的统称。片内外设包含普通功能外设（GPIO、UART、SPI、ADC、定时器等）与各类控制器（DMA 控制器、USB 控制器、SD 控制器等）；各类控制器属于片内外设的一部分，控制器负责管理外部硬件设备，CPU 通过读写控制器的寄存器完成对外部设备的操作。CPU 内核组件、片上 RAM、Flash 不属于片内外设。

gcc -E main.c -o main.i    .i纯C语言文件ESc, iso

gcc -S main.i -o main.s    .s汇编语言文件

gcc -c main.s -o main.o    .o 不可执行目标文件

gcc main.o -o main.out    .out 连接可执行文件

Nor flash 可以被寻址，并且掉电不丢失，单片机，开机上次下载的代码还在

什么是块设备：

以固定大小的 “块” 为最小读写单位的存储设备，数据读写必须按整块操作，不能直接读写单个字节。

块设备是一类存储设备，以固定大小的数据块作为最小读写单位，不支持单字节直接读写，支持随机访问。硬盘、SD 卡、U 盘都属于块设备。块设备属于不可寻址外存，CPU 不能直接访问，需要通过对应的控制器，借助 DMA 将数据搬运到主内存后，CPU 才能处理数据，操作系统通过文件系统对块设备进行管理。