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【ARMv7-M】| 01——阅读笔记 | 简介|应用程序级编程和内存模型

news 2025/7/4 19:03:37

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【ARMv7-M】| 01——阅读笔记 | 简介|应用程序级编程和内存模型

失败了也挺可爱，成功了就超帅。

文章目录

前言
1、简介
2、应用程序级编程模型
- 2.1 编程模式和访问等级
- 2.2 数据类型和运算操作
- 2.3 寄存器和执行状态
- 1.2.4 异常和中断
- 1.2.5 浮点单元寄存器
3、内存模型
- 3.1 地址空间
- 3.2 对齐
- 3.3 大小端
- 3.4 同步和信号量

前言

本文为ARMv7-M参考手册的阅读笔记

1、简介

ARMv7架构根据不同应用场景和性能分为三个分支 -A -R -M

ARMv7-A：用于高性能应用型SOC 支持ARM和Thumb指令集内存管理单元使用 MMU 支持虚拟内存

ARMv7-R：用于实时性要求很高的SOC 支持ARM和Thumb指令集内存管理单元使用 MPU支持内存保护

ARMv7-M：用于低成本低功耗性能够用的MCU 只支持Thumb指令集(Thumb-2) 如扩展浮点运算单元的MCU 会在此基础上加入浮点指令

ARMv7-M架构支持两种扩展功能：DSP和FP浮点指令
DSP扩展：包含饱和指令及SIMD指令(单指令多数据)
FP扩展：可选单精度和双精度
基于Cortex-M4带FPU的MCU 支持DSP和FP单精度

2、应用程序级编程模型

2.1 编程模式和访问等级

两种：处理模式和线程模式

程序正常运行在线程模式执行异常中断时会处于处理模式

程序运行又分为两种访问权限：特权访问和非特权访问

特权:所有资源都可以控制非特权：有限制

线程模式可以通过程序控制处于特权/非特权运行处理模式总是特权模式

2.2 数据类型和运算操作

该架构中支持字节、半字、字类型的数据。

当加载字节、半字大小的指令时可以通过加载指令指定零/符号扩展

可以对64位整数数据直接操作一般情况通过两个指令合并它们。

指令集提供了对寄存器中值的一些操作指令：按位逻辑与或非、移位、加减乘和我们编程语言中支持的运算操作符类似只不过使用方式不同

使用方式如下：使用内置函数/ARM指令(ARM汇编)

LSL逻辑左移: 将一个寄存器中的值进行逻辑左移

eg:LSL R1, R2, #3  将R2寄存器中的值逻辑左移3位 写入R1中

LSR逻辑右移：将一个寄存器中的值进行逻辑右移

eg:LSR R1, R2, #3  将R2寄存器中的值逻辑右移3位 写入R1中

ASR算术右移：将一个寄存器中的值进行算术右移

eg:ASR R1, R2, #3  将R2寄存器中的值算术右移3位 写入R1中

ROR循环右移：指令把所有位都向右移，最低位复制到进位标志位和最高位

eg:ROR R1, R2, #3  将R2寄存器中的值循环右移3位 写入R1中

RRX循环右移：对寄存器中的内容进行带扩展的循环右移的操作。是一种协处理器指令。按操作数所指定的位数向右循环移位，左端用进位标志位C来填充。其中，操作数可以是寄存器，也可以是立即数（0～31）。例如，MOV R0，R1，RRX#2；将R1中的内容进行带扩展的循环右移两位后传送到R0中。

2.3 寄存器和执行状态

一共有16个32位寄存器其中13个通用寄存器(R0-R12) 和 3个特殊功能寄存器(SP/LR/PC)

SP:R13 堆栈指针指向栈顶

LR:R14 链接寄存器存储程序返回地址

PC:R15 程序计数器程序执行向地址

程序执行状态寄存器 APSR 32位
在这里插入图片描述

1.2.4 异常和中断

中断是异常的一种可以由异常/中断行为触发也可通过软件触发

系统异常如 SVC/PendSV systick等

它们的控制都用中断控制状态寄存器 ICSR决定后面章节详解

1.2.5 浮点单元寄存器

只有支持该扩展的MCU才有 Cortexm4带FPU的会有

32个单精度寄存器 S0-S31 两两一组 16个双精度寄存器 D0-D15

更多关于浮点扩展先不看了

3、内存模型

3.1 地址空间

后面章节详解

3.2 对齐

支持非对齐访问
非对齐指令
在这里插入图片描述

3.3 大小端

支持大端和小端默认小端
通过SCB系统控制寄存器可以修改

加载寄存器数据/存储数据到寄存器的指令
在这里插入图片描述
对通用寄存器翻转字节的指令

3.4 同步和信号量

在多线程运行下信号量同步操作时我们常见的线程间通信的方式
排他访问指令具有原子操作很好的满足了信号量的实现
在这里插入图片描述
待