ARM基础

1.ARM成长史

1.1 ARM发展的里程碑1

• ARM的前身为艾康电脑（Acorn）1978年英国剑桥创建；
• 1980年末 苹果加入合作开发ARM核心；
• 1985年第一款商用的RISC处理器即为ARM1上市；
• 1990年 艾康公司 分立出我们现在所知道的 ARM Aduvanced RSIC Machines ARM公司上市；

1.2 ARM发展的里程碑2

• 1991年，ARM推出第一款嵌入式RISC处理器，即ARM6
• 1993年，发布ARM7
• 1997年，发布ARM9TDMI
• 1999年，发布ARM9E
• 2001年，发布 ARMv6 架构
• 2002年，发布 ARM11 微架构

1.3 ARM发展的里程碑3

• 2004年，发布 ARMv7 架构的 Cortex 系列处理器，同时推出Cortex-M3
• 2005年，发布 Cortex-A8 处理器
• 2007年，发布 Cortex-M1 和 Cortex-A9
• 2009年，实现 Cortex-A9、发布 Cortex-M0
• 2010年，推出 Cortex-M4、成立 Linaro，推出 Cortex-A15 MPcore 高性能处理器

1.4 ARM发展的里程碑4

• 2011年，推出Cortex-A7，ARMv8 发布
• 2012年，开始64位处理器进程

2.ARM的商业模式和生态系统

• ARM只负责设计IC，并且出卖自己的设计IP(版权)。
• ARM自己不生产芯片，而是把设计IP授权给其他半导体厂商来生产芯片。
• 严格地说，ARM并不是一家半导体厂商。

3.先搞清楚各种版本号

3.1 ARM 的型号命名问题

• ARM7 和 ARMv7不是一回事
• Cortex-A9 比 Cortex-A7更先出来
• 型号很乱，初学者分不清那个是那个

3.2 ARM 的几种版本号

• ARM内核版本号 ARMv7
• ARM SOC版本号 Cortex-A8

3.3 ARM型号的发展历程

 ARM内核版本号和SoC版本号是由ARM确定的，而SoC型号是由半导体公司确定的。SOC(system on ship)内核版本号        SOC版本号        芯片型号(三星)ARMv1......ARMv4            ARM7            S3C44B0ARMv4            ARM9            S3C2440 S3C2410ARMv5            ARM9+XScaleARMv6            ARM11        S3C6410ARMv7            cortex-Mcortex-Acortex-R-----------------------------------------------------------cortex-A8        S5PV210/S5PC100cortex-A9        Exynos4412cortex-A7        全志A10 A20 A31-----------------------------------------------------------cortex-A53 A57    高通骁龙815和410，苹果iPhone5s

cortex-M microcontroller cortex-A application cortex-R realtime

4.SoC和CPU的区别 & 外设概念的引入

4.1 SoC和CPU

• SoC = System on Chip
• 芯片的发展方向：从CPU到SoC
• 现在已经没有纯粹的CPU了，都是SoC
• ARM出卖的内核其实就是CPU（当然还需要总线），各种外设是半导体厂商自己添加的。

4.2 外设（Peripheral）

• 外设就是外部设备
• SoC中外设大部分都跑进去了
• 网卡、音频编解码等个别还经常在外面
• 芯片设计的趋势是更大集成度，近年甚至将音视频编解码、DDR都集成进SoC内做成所谓单芯片解决方案。如海思Hi3518E
• 裸机学习其实就是学习SoC的内核（CPU，表现为汇编指令集）和各种外设（如串口）

5.单片机和嵌入式

5.1 芯片平台

• 主流的芯片平台：51、PIC、AVR、MSP430、STM32等
• 主流的嵌入式平台：ARM、PPC、MIPS

5.2 资源、价格、应用领域

• 单片机片上资源有限、价格低、应用领域多为小家电、终端设备等。
• 嵌入式系统片上资源丰富、价格较高、应用领域宽广，如智能手机、平板电脑、游 戏机、路由器、摄像机、智能电视机、广告机、智能手表、收银机等。

5.3 开发模式

• 单片机开发多为裸机，程序规模小，多为单个程序员独立开发。有些复杂产品也会使用高端单片机如STM32之类，并使用RTOS(uCOS、freeRTOS等)。
• 嵌入式开发几乎全部基于嵌入式操作系统，目前使用最多的是linux和Android。

5.4 技术特征

  编程语言方面：单片机主要使用C语言（少量用汇编），和标准C略有不同，很少使用结构体、函数指针等C语言高级特性。而嵌入式开发较复杂，一般分底层和应用层。底层使用C语言，应用层使用C、C++、Java等语言均有。嵌入式C语言对结构体、数据结构、算法、函数指针（用来实现面向对象）等高级特性使用比较多。
  软硬件组件方面：单片机多涉及一些简单外设，譬如串口、I2C、ADC、LCD（小屏幕和分辨率）；
  而嵌入式系统则涉及更多复杂外设，譬如网络（有线网卡、wifi、蓝牙等）、USB、音视频编解码等。

6.嵌入式系统的特点和演进方向

• 专用、软硬件可裁剪可配置
• 低功耗、高可靠性、高稳定性
• 软件代码短小精悍
• 代码可固化
• 实时性
• 弱交互性
• 专用开发工具及开发环境
• 专业开发人员

6.1 嵌入式系统组成

• 硬件：微处理器、存储器、I/O接口、输入输出设备等
• 软件：嵌入式操作系统、BSP boardsupport package板级支持板、应用软件；

6.2 嵌入式系统的分层

• 应用程序：GUI、GPRS、3G、WIFI等；
• 操作系统：智能操作系统、操作平台；
• 硬件：中央处理器、ROM、RAM、IO和电源；

6.3 嵌入式系统的发展演进1

• 以单芯片为核心、可编程控制器存在形式
  没有操作系统支持
  软件以汇编为主
  功能单一、处理效率低、存储容器小、没有对外接口
  使用简单、价格低
• 以嵌入式CPU为基础、简单操作系统为核心
  CPU种类多，通用性弱
  系统开销小，效率高
  达到一定兼容性，拓展性
  用户体验度不高，交互界面不够友好

6.4 嵌入式系统的发展演进2

• 以嵌入式操作系统为标志
  兼容性好，适用于不同平台
  系统开销小，效率高，具有高度模块化及拓展性
  图形化界面，用户界面友好
  丰富的外部接口
• 以物联网为标志
  将传感器技术、互联网技术及传统嵌入式技术综合联系
  小型化、智能化、网络化及可视化
  低功耗、绿色环保
  多核技术SWP、云计算技术及虚拟化技术

7.交叉编译

7.1 两种开发模式

• 非嵌入式开发：A类机编写、编译，得到可执行程序，发布给A类机运行；
• 嵌入式开发：A类机编写、编译，得到可以行程序，发布给B类机运行；

7.2 为何使用交叉编译

• 嵌入式开发的CPU比较简单，本身无法搭建开发环境，有些甚至操作系统都没有。
• 交叉编译可以用高性能机器为低性能机器开发软件(包括裸机软件、系统级和 应用级软件)

7.3 交叉编译的特点

• 必须使用交叉编译工具链；
• 由于可执行程序不能再本地运行调试，因此，必须配合一定的手段(专用调试器、JTAG调试器、USB下载、串口下载、SD启 动、网络共享等)将可执行程序加载到目标嵌入式设备上运行调试；

8.CPU的设计原理，数据总线和地址总线

8.1 三种总线

数据总线：CUP通过地址总线寻址，然后通过数据总线与外部设备交换信息；
地址中线：地址总线的位数决定CPU的寻址范围；数据总线的位数决定CPU单次通信能交换的信息数量；总线的速度决定CPU和外设互换信息的速度。
命令总线：CPU在通过数据总线进行数据交换时，会通过命令总线发送一个命令，然后再通过地址总线和数据总线，进行数据交换；

注意：
电脑位数指的是数据总线数量
CPU的地址总线位数和数据总线可以不同（典型代表就是51单片机），但是一般都相同。
CPU的位数指的是数据总线的位数。
32位CPU寻址的范围是4G，所以最多支持4G内存；
数据总线是32位的，所以内存是32位的好，所以编程最好用int

9.Jlink，SD卡等辅助设备

9.1 嵌入式开发特点

• 采用交叉编译，不便于本机运行调试程序；
• 嵌入式需要BootLoader来启动，BootLoader必须先存在于启动介质中，需要专业工具
• 嵌入式系统无法通过纯软件实现单步调试，因此，必须借助专用的调试器。

9.2 Jlink的作用

• 用于下载可执行程序到目标机；
• 在目标机上实现单步调试，便于开发BootLoader；

9.3 SD卡的作用

  作为启动介质。工作方式是：事先用读卡器将SD卡连接到开发机（一般是Windows电脑），通过写卡软件将交叉编译得到的可执行程序镜像烧录到SD卡，然后将SD卡插入 嵌入式目标机卡槽，设置正确的启动方式启动，则系统可以从SD卡中烧录的镜像处启动。

9.4 USB转串口线的作用

• 串口本身用来做嵌入式目标机的调试输出，主要目的是用来监视及调试软件。
• 因为现在大部分个人电脑（大部分台式机和几乎全部的笔记本电脑）都未配置DB9串口，因此工作中一般直接使用USB转串口线来连接PC和开发板。