嵌入式面经-ARM体系架构-ARM体系结构理论基础

ARM指令集概述

指令
- 能够指示处理器执行某种运算的命令称为指令
- 指令在内存中以机器码（二进制）的方式存在
- 每一条指令都对应一条汇编
- 程序是指令的有序集合
指令集
- 处理器能识别的指令的集合称为指令集
- 不同架构的处理器指令集不同（比如ARM与X86）
- 指令集是处理器对开发者提供的接口
arm指令集
- arm指令集：所有指令（机器码）都占有32bit（4字节）存储空间
- thumb指令集：所有指令（机器码）都占有16bit（2字节）存储空间

编译原理

机器码、汇编、C
- 机器码（二进制）是处理器能直接识别的语言，不同的机器码代表不同的运算指令，处理器能够识别哪些机器码是由处理器的硬件设计所决定的，不同处理器机器码不同，所以机器码不可移植
- 汇编语言是机器码的符号化，一个汇编符号就是一条机器码，所以不同处理器汇编也不一样，所以汇编语言也不可移植
- C语言在编译时可以使用不同的编译器将C源码编译成不同架构处理器的汇编语言，所以C语言可以移植
编译流程
- 预处理：.c.h文件、宏展开成一个文件
- 编译：高级语言.c->汇编语言.S
- 汇编：汇编语言.S->机器语言.o
- 链接：多个机器语言.o链接一个可执行文件

ARM存储模型

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### arm数据类型

* ARM采用32位架构，基本数据类型有8bit（1字节）、16bit（2字节）、32bit（3字节）三种

* 数据本身是多少位在内存中的起始地址就应该是几个倍数，也就是要字节对齐

  * 比如一个变量是16bit（2字节）的数据类型，那么其在内存中起始地址就需要时2的倍数，比如，0x00、0x02、0x04

  * 比如一个变量是32bit（4字节）的数据类型，那么其在内存中起始地址就需要时4的倍数，比如，0x00、0x04、0x08

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### 字节序

* char类型没有字节序

* 数据0x12345678：1234高十六位、5678低十六位

* 大端对齐：低地址存放高位、高地址存放低位

* 小端对齐：低地址存放低位、高地址存放高位

* ARM一般使用小端对齐

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### ARM指令存储

* 处理器处于ARM状态时所有指令在内存的起始地址必须是4的整数倍

  * 因为所有指令（机器码）都占有32bit（4字节）存储空间

* 处理器处于Thumb状态时所有指令在内存的起始地址必须是2的整数倍

  * 因为所有指令（机器码）都占有16bit（2字节）存储空间

ARM8个基本的工作模式

User：非特权模式，在执行上层的应用程序时处于该模式
- 除此模式外均为特权模式（高权限）
- 权限比较低，防止用户误操作
- 执行上层应用程序
- 用户态
FIQ：当一个高优先级中断产生后将进入该模式
- 属于异常模式
- 执行硬件中断请求程序
IRQ：当一个低优先级中断产生后将进入该模式
- 属于异常模式
- 执行硬件中断请求程序
SVC：当复位或执行软中断指令后将进入该模式
- 属于异常模式
- 执行初始化程序
Abort：当产生存取异常时将进入该模式
- 属于异常模式
- 例如指针错误
Undef：当执行未定义的指令时将进入该模式
- 属于异常模式
- 例如机器码错误，译码器不识别
System：使用和User模式相同寄存器集的特权模式
Monitor：为了安全而扩展出的用于执行安全监控代码的模式