從單片機轉ARM，ARM架構基礎知識小結
從單片機轉到ARM，主要需要學習ARM的架構，ARM相比單片機多了一些外設和匯流排。在僅僅是裸奔的情況下，如果熟悉了ARM架構，那麼我認為使用任何ARM架構的晶元和用單片機將沒有區別。ARM架構之所以更複雜，當然是為了跑更快以及更好地支持片上系統，所以在某種程度上來說對片上系統不是很了解的話那對於ARM架構的理解也不會那麼深。
通用寄存器
R13通常被用作棧指針，進入異常模式時，可以將需要使用的寄存器保存在R13所指的棧中;當退出異常吹程序時，將保存在R13所指的棧中的寄存器值彈出。
R14又被稱為連接寄存器(LinkRegister，LR)，即PC的返回值。
R15又被記作PC。ARM指令是字對齊的，PC的值的第0位和第1位總為0。也就是說是32位對齊。
就Cortex-M3來說，擁有R0-R15的寄存器組。其中R13作為堆棧指針SP。SP有兩個，分別為R13(MSP)和R13(PSP)即主堆棧指針(MSP)和進程堆棧指針(PSP)，但在同一時刻只能有一個可以看到，這也就是所謂的「banked」寄存器。這些寄存器都是32位的。
ARM的各個模式
ARM有以下7種模式：
用戶模式(User，usr) 正常程序執行的模式
快速中斷模式(FIQ，fiq) 用於高速數據傳輸和通道處理
外部中斷模式(IRQ，irq) 用於通常的中斷處理
特權模式(Supervisor，svc) 供操作系統使用的一種保護模式
數據訪問中止模式(Abort，abt) 用於虛擬存儲及存儲保護
未定義指令中止模式(Undefined，und) 用於支持通過軟體方針硬體的協處理器
系統模式(System，sys) 用於運行特權級的操作系統任務
其中除了用戶模式之外都稱之為特權模式(privileged modes)，而在privileged modes中除了系統模式其它都稱為異常模式，即exception mode。起初關於異常這個詞我的理解有些偏差，我認為異常模式就是這個系統出錯了，而實際上不是。exception mode的意思是例外，意思是「這模式什麼時候會發生不好說……」，比如說來了個外部中斷也會進入異常模式，但是此時系統是運行完好的。
其中SVC用於在系統剛啟動的啟動文件BOOT程序中，跳轉到kernel之前必須為SVC，SVC具有最高許可權，可以對任何寄存器進行操作。在裸機程序中我們有時候會一直處於SVC模式下。
關於什麼時候會進入用戶模式或者系統模式，以下是我的猜測，比如進入linux kernel之後會設置成sys模式，比如任務調度等等都會在sys模式中，而執行用戶編寫的應用程序時，系統是處於usr模式中。以上猜測需要在linux中找出證據驗證。
其中FIQ,IRQ為中斷模式，有中斷髮生時會進入FIQ模式或者IRQ模式，至於到底是進入哪個模式是由開發者設定的。理論上FIQ模式的響應速度比IRQ模式要快。
其中abt模式通常發生於在訪問地址沒有對齊時的情況，此時會跳轉到abt所屬的中斷向量地址中去。und模式應該是取到指令之後發現指令不能用，，此時會跳轉到abt所屬的中斷向量地址中去。以上兩種模式應該是開發過程中出現BUG才會進入的，也是一種調試手段，在版本發行之前應該消除這些錯誤(我猜= =)。
啟動文件
這一部分只要了解一下協處理器CP15的相關作用以及ARM或者THUMB彙編再看一下網上的常式以及解釋應該不難理解。
在啟動文件中我們可以做任何事情，但是通常我們可以做這些：改變程序大小端排序，關閉看門狗，屏蔽中斷，設置各個時鐘，設置從SLEEP或者IDLE啟動時的程序，初始化SDRAM，設置各模式指向的堆棧，設置好中斷向量表，判斷是從NOR還是NAND FLASH啟動，將文件拷到SDRAM中，運行Main。
以上也說明了為什麼需要一個彙編寫的啟動文件，設置各個模式下的SP指針以及初始化中斷向量的跳轉(ARM的中斷較多設置也較靈活)也只有彙編干比較合適了。甚至在SOC(片上系統)中每個任務都有自己的堆棧，所以改變堆棧指針的那一部分程序也是放在彙編里做的。總之了解啟動文件是一個非常好的切入點。
MMU相關地址基本概念
關於MMU，因為多種存儲設備的物理地址不同以及不連貫性，將其地址安放在合理的連續虛擬地址上是很必要的，所以MMU出現了。MMU即將不同的地址放在合適的虛擬地址中，以便調度。比如要跑LINUX必須要有MMU的支持才行。
ARM920T中有三種類型的地址：
虛擬地址(VA)，變換後的虛擬地址(MVA)，物理地址(PA)。
以下是一個當一個指令被請求時地址所做操作的例子：
1、 指令VA(IVA)被ARM920T發出
2、 它被ProcID(當前進程所在的進程空間塊的編號)轉換成指令MVA(IMVA)，指令CACHE(ICACHE)和MMU看到的就是IMVA。
3、 如果在IMMU上的保護模塊確認IMVA不會被中斷，並且IMVA標籤也在ICACHE中，指令數據會讀出並返回到ARM920T內核中。
4、 如果IMVA tag並不在ICACHE中，那麼IMMU會產生出一個指令PA(IPA)。地址會給AMBA匯流排介面以獲取外部數據。
那麼VA是如何被PID轉換為MVA的呢?
這有關於CP15中的13,FCSE PID register
R13是fast context switch extension(FCSE 快速上下文切換擴展)processidentifier(PID 進程標識符)寄存器，此寄存器複位時為0。
讀R13會得到FCSE PID的值，寫R13會更新FCSE PID的值到[31:25]中，位[24:0]應該是零。
如何使用FCSE PID：
920T內核發出的地址都是0-32MB的範圍，4GB的逆序空間被分成了1238個進程空間塊，每個進程空間塊大小為32MB。每個進程空間塊中可以包含一個進程。系統128個進程空間塊的編號0-127，編號為I的進程空間塊中的進程實際使用的虛擬地址空間為(I*0x02000000)到(I*0x02000000+0x01FFFFFF)。
所以VA通常高7位都為0時 MVA = VA | (PID << 25)
當VA高7位不為0時 MVA = VA，這種VA是本進程用於訪問別的進程中的數據和指令的虛擬地址，注意這時被訪問的進程標識符不能為0。
注意：當FCSE_PID為0時，即當前複位，則當前920T和CACHES及MMU之間是平面映射的關係(很巧妙：))。
TLB是什麼
TLB即translate look-aside buffer，快表就是存儲幾個常用的頁表，以提高系統運行的速度。在更新頁表之前要使其無效，其操作的寄存器為R8，R8為只寫寄存器，如果讀它則會造成不可估計的後果。
AP賦值表：
而DOMAIN的賦值則是在C3中的，32bit共有16個域，每個域分兩個bit，這兩個bit控制當前域的許可權。而以上四個bit是為了選擇0-15個域的其中一個。
關於C、B賦值：
以上有關於兩種寫緩存，寫通以及寫回。寫回法是指CPU在執行寫操作時，被寫的數據只寫入cache，不寫入主存，僅當需要替換時，才把已經修改的cache塊寫回到主存中。寫通法是指CPU在執行寫操作時，必須把數據同時寫入cache和主存。
時鐘以及匯流排概念
FCLK, HCLK, andPCLK
FCLK is used byARM920T.
HCLK is used forAHB bus, which is used by the ARM920T, the memory controller, the interruptcontroller, the LCD controller, the DMA and USB host block.
PCLK is used forAPB bus, which is used by the peripherals such as WDT, IIS, I2C, PWM timer, MMCinterface,ADC, UART, GPIO, RTC and SPI.
What is AHB/APB?
InternalAdvanced Microcontroller Bus Architecture(AMBA)是一種匯流排標準，以下兩項都符合此標準。
AHB(AdvancedHigh performance Bus),主要用於系統高性能、高時速速率模塊間通信。
APB(AdvancedPeripheral Bus),主要用於慢速片上外設與ARM核的通訊。
AHB私有外設匯流排，只用於CM3內部的AHB外設，它們是：NVIC,FPB, DWT和ITM。
APB私有外設匯流排，既用於CM3內部的APB設備，也用於外部設備(這裡的「外部」是對內核而言)。CM3允許器件製造商再添加一些片上APB外設到APB私有匯流排上，它們通過APB介面來訪問。
四種耗電模式：
NORMAL,SLOW,IDLE,SLEEP
先配置主PLL MPLL給CPU用。在上電複位的時候PLL是不穩定的，所以在PLLCON在被軟體配置之前Fin直接是跳過MPll給FCLK，所以不配置PLLCON也是可以正常工作。即使工作在正常狀態下，也可以對MPLLCON進行配置，配置之後等待PLL Lock-time過後內部各模塊的CLK才可以被正常供應。
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