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ARM基础知识连载之四
作者:佚名    文章来源:未知    点击数:    更新时间:2006-8-22    


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ARM存储系统概述

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ARM存储系统的体系结构适应不同的嵌入式应用系统的需要差别很大。最简单的存储系统使用平办事的地址映射机制,就像一些简单的弹片机系统中一样,地址空间的分配方式是固定的,系统各部分都使用物理地址。而一些复杂系统可能包括下面的一种或几种技术,从而提供更为强大的存储系统。

**系统中可能包含多种类型的存储器,如FLASH,ROM,RAM,EEPROM等,不同类型的存储器的速度和宽度等各不相同。
**通过使用CACHE及WRITE BUFFER技术缩小处理器和存储系统速度差别,从而提高系统的整体性能。
**内存管理部件通过内存映射技术实现虚拟空间到物理空间的映射。在系统加电时,将ROM/FLASH影射为地址0,这样可以进行一些初始化处理;当这些初始化完成后将RAM地址影射为0,并把系统程序加载到RAM中运行,这样很好地解决了嵌入式系统的需要。
**引入存储保护机制,增强系统的安全性。
**引入一些机制保证I/O操作应设成内存操作后,各种I/O操作能够得到正确的结果。

**与存储系统相关的程序设计指南**
本节从外部来看ARM存储系统,及ARM存储系统提供的对外接口。本节介绍用户通过这些接口来访问ARM存储系统时需要遵守的规则。

1.地址空间
ARM体系使用单一的和平板地址空间。该地址空间大小为2^32个8位字节,这些字节的单元地址是一个无符号的32位数值,其取值范围为0~2^32-1。ARM地址空间也可以看作是2^30个32位的字单元。这些字单元的地址可以被4整除,也就是说该地址低两位为0b00。地址为A的字数据包括地址为A、A+1、A+3、A+3 4个字节单元的内容。
各存储单元的地址作为32为无符号数,可以进行常规的整数运算。这些运算的结果进行2^32取模。
程序正常执行时,每执行一条ARM指令,当前指令计数器加4个字节;每执行一条Thumb指令,当前指令计数器加2个字节。但是,当地址上发生溢出时,执行结果将是不可预知的。
2.存储器格式
在ARM中,如果地址A是字对齐的,有下面几种:
**地址为A的字单元包括字节单元A,A+1,A+2,A+3。
**地址为A的班子单元包括字节单元A,A+1。
**地址为A+2的半字单元包括字节单元A+2,A=3.
**地址为A的字单元包括半字节单元A,A+2。
在big-endian格式中,对于地址为a的字单元其中字节单元由高位到低位字节顺序为A,A+1,A=2,A+3;这种存储器格式如下所示:

31       24 23                    16 15           8 7        0 
--------------------------------------------------------------------
字单元A           |
--------------------------------------------------------------------
半字单元A   | 半字单元A+2     |
--------------------------------------------------------------------
字节单元A    | 字节单元A+1 | 字节单元A+2   | 字节单元A+3|
--------------------------------------------------------------------

在little-endian格式中,对于地址为A的字单元由高位到低位字节顺序为A+3,A+2,A+1,A,这种存储格式如下所示

31       24 23                    16 15           8 7        0 
--------------------------------------------------------------------
字单元A           |
--------------------------------------------------------------------
半字单元A+2   | 半字单元A     |
--------------------------------------------------------------------
字节单元A+3    |字节单元A+2 | 字节单元A+1   | 字节单元A  |
--------------------------------------------------------------------

在ARM系统中没有提供指令来选择存储器格式。如果系统中包含标准的ARM控制协处理器CP15,则CP15的寄存器C1的位[7]决定系统中存储器的格式。当系统复位时,寄存器C1的[7]值为零,这时系统中存储器格式为little-endian格式。如果系统中采用的是big-endian格式,则复位异常中断处理程序中必须设置c1寄存器的[7]位。

3.非对齐的存储访问操作
非对齐:位于arm状态期间,低二位不为0b00;位于Thumb状态期间,最低位不为0b0。
3.1非对齐的指令预取操作
如果系统中指定当发生非对齐的指令预取操作时,忽略地址中相应的位,则由存储系统实现这种忽略。
3.2非对齐的数据访问操作
对于LOAD/STORE操作,系统定义了下面3中可能的结果:
***执行结果不可预知
***忽略字单元地址低两位的值,即访问地址为字单元;忽略半字单元最低位的值,即访问地址为半字单元。
***由存储系统忽略字单元地址中低两位的值,半字单元地址最低位的值。

4.指令预取和自修改代码
当用户读取PC计数器的值时,返回的是当前指令下面的第二条指令的地址。对于ARM指令来说,返回当前指令地址值加8个字节;对于Thumb指令来说,返回值为当前指令地址值加4个字节。
自修改代码指的是代码在执行过程中修改自身。应尽量避免使用。
5.存储器映射的I/O空间
在ARM中,I/O操作通常被影射为存储器操作。通常需要将存储器映射的I/O空间设置成非缓冲的。


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ARM编译器支持的数据类型

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数据类型 长度(位) 对齐特性
Char       8                1(字节对齐)
short      16               2(百字对齐)
Int           32              4(字对齐)
Long      32               4(字对齐)
Longlong 64            4(字对齐)
Float       32              4(字对齐)
Double     64               4(字对齐)
Long double 64           4(字对齐)
All pointers 32             4(字对齐)
Bool(C++ only) 32           4(字对齐)

1.整数类型
在ARM体系中,整数类型是以2的补码形式存储的。对于long long类型来说,在little endian内存模式下,其低32位保存在低地址的字单元中,高32为保存在高地址的字单元中;在big endian模式下,其低32位保存在高地址的字单元中,高32为保存在低地址的字单元中。对于整型数据的操作遵守下面的规则:
**所有带符号的整型书的运算是按照二进制的补码进行的。
**带符号的整型数的运算不进行符号的扩展。
**带符号的整型数的右移操作是算数移位。
**制定的移位位数的数是8位的无符号数。
**进行移位操作的数被作为32位数。
**超过31位的逻辑左移的结果为0。
**对于无符号数和有符号的正数来说,超过32位的右移操作结果为0;对于有符号的负数来说,超过32位的右移操作结果为-1。
**整数除法运算的余数和除数有相同的符号。
**当把一个整数截断成位数更短的整数类型的数时,并不能保证所得到的结果的最高位的符号位的正确性。
**整型数据之间的类型转换不会产生异常中断。
**整型数据的溢出不会产生异常中断。
**整型数据除以0将会产生异常中断。
2.浮点数
在ARM体系中,浮点数是按照IEEE标准存储的。
**float类型的数是按照IEEE的单精度数表示的。
**double和long double 是用IEEE的双精度数表示的。
对于浮点数的操作遵守下面的规则:
**遵守正常的IEEE754规则。
**当默认情况下禁止浮点数运算异常中断。
**当发生卷绕时,用最接近的数据来表示。
3.指针类型的数据
下面的规则适用于处数据成员指针以外的其他指针:
**NULL被定义为0。
**相邻的两个存储单元地址相差一。
**在指向函数的指针和指向数据的指针进行数据转换时,编译器将会产生警告信息。
**类型size_t被定义为unsigned int.
**类型ptrdiff_t被定义为signed int。
**两个指针类型的数据相减时,结果可以按照下面的公式得到。
    ((int)a-(int)b)/(int)sizeof(type pointed to)
这时,只要指针所指的对象不是pack的,其对齐特性能够满足整除的要求。


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ARM编译器中预定义的宏

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ARM编译器预定义了一些宏,这些预定义宏对应一定的数值,有些预定义宏没有对应数值,见下表:

_arm                _               使用编译器armcc,tcc,armcpp,tcpp时

_ARMCC_VERSION      Ver             代表编译器版本号,其格式为:
                                    PVtbbb,其中:
                                    P为产品编号(1代表ADS)
                                    V为副版本号(1代表1.1)
                                    T为补丁版本号(0代表1.1)
                                    bbb为build号(比如650)

_APCS_INTERWORK     _               使用编译选项-apcs/interwork时

_APCS_ROPI          _               使用编译选项apcs/ropi时

_RWPI               _               使用编译选项-apcs/rwpi时

_APCS_SWST          _               使用编译选项-apcs/swst时

_BIG_ENDIAN         _               编译器针对目标系统使用big-endian内存模式时

_cplusplus          _               编译器工作与C++模式时

_CC_ARM             _               返回编译器的名称

_DATE_              date            编译源文件的日期

_embedded_cplusplus                 编译器工作于EC++模式时

_FEATURE_SINGED_CHAE                使用编译设置选项-zc时设置该预定义宏

_FILE_              name            包含全路径的当前被编译的源文件名称

_func_              name            当前被编译的函数名称

_LINE_              num             当前被编译的代码行号名称

_MOUDLE_            mod             预定义宏_FILE_的文件名称部分

_OPTIMISE_SPACE     _               使用编译选项-OSPACE时

_OPTIMISE_TIME      _               使用编译选项-Otime时

_pretty_func        name            unmangled的当前函数名称

_sizeof_int         4               sizeof(int),在预处理表达式中可以使用

_sizeof_long        4               sizeof(long),在预处理表达式中可以使用

_sizeof_ptr         4               sizeof(void*)在预处理表达式中可以使用

_SOFTFP             _               编译时使用浮点数

_                   _               在各种编译器模式下

_STDC_VERSION       _               标准的版本信息

_STRICT_ANSI_      _                使用编译选项-STRICT时

_TARGET_ARCH_xx     _               xx代表ARM体系编号

_TARGET_CPU_xx      _               xx代表CPU编号

_TARGET_FEATURE_                    当ARM体系支持指令PLD,LDRD,STRD,MCRR,MRRC时
DOUBLEWORD          _               设置该定义宏

_TARGET_FEATURE_                    当系统中包含DSP乘法处理器时,设置该
DSPMUL             _                预定义宏

_TARGET_FEATURE_                    如果目标ARM体系支持半字访问以及有符号的字节数据
HALFWORD           _                ,设置该预定义宏

_TARGET_FEATURE_                    如果目标ARM体系支持长乘法指令MULL和
MULTIPLY            _               MUAL,设置该预定义宏

_TARGET_FEATURE_                    如果目标ARM体系支持THUMB指令
THUMB               _              

_TARGET_FPU_xx      _               表示FPU选项,可能取值如下所示:
                                    _TARGET_FPU_VFP
                                    _TARGET_FPU_FPA
                                    _TARGET_FPU_SOFTVFP
                                    _TARGET_FPU_SOFTVFP_VFP
                                    _TARGET_FPU_SOFTFPA
                                    _TARGET_FPU_NONE

_thumb            _                编译器为tcc或tcpp时,设置该预定义宏

_TIME                              源文件编译时间

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文章录入:armopen    责任编辑:armopen 
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