新手自学嵌入式 | 学习日记：ARM内核启动代码、时钟系统（PLL/Prescaler/PFD）与IMX6ULL时钟配置

一、 ARM内核启动代码与`cps`指令

在ARMv6及以上的指令集中，引入了cps指令，用于更灵活地切换处理器工作模式和中断使能。

1. `cps`指令基础

切换模式 ：CPS #<mode>
- irq模式：10010 -> 对应指令 cps #0x12
- system模式：11111 -> 对应指令 cps #0x1F
使能/禁用中断 ：CPS <effect> <iflags>
- 使能IRQ中断：cpsie i（清除CPSR中的I位）

2. ARM内核启动代码主要做了哪些工作？

ARM内核上电后的启动代码（通常为汇编文件，如start.S）是系统运行的第一步。结合图示，它主要完成了以下7项工作：

设置异常向量表：定义复位、未定义指令、软中断、IRQ等异常的处理入口。
异常向量表地址重映射 ：将向量表重映射到 0x87800000（IMX6ULL的DDR3链接地址）。
为不同工作模式开辟栈：特别是为IRQ模式和System模式分配栈空间（结合之前学的满减栈知识）。
使能IRQ中断：允许CPU响应中断。
清零BSS段：将未初始化的全局变量区域清零，保证C语言环境干净。
打开I-cache：开启指令缓存，提高指令读取速度。
引导内核跳转到C语言main函数执行：完成汇编阶段的初始化，正式进入C语言世界。

二、时钟系统核心模块（PLL/Prescaler/PFD）

时钟是SoC的脉搏。在理解IMX6ULL的时钟配置前，需要先搞清几个核心概念。

1. 晶振（时钟源）

无源晶振：需要外部电路驱动，成本低，常见的频率有12MHz、11.0592MHz。
有源晶振：内部自带振荡电路，需要供电，输出更稳定，成本高。

2. PLL、Prescaler、PFD作用？

PLL (Phase Locked Loop，锁相环) ：倍频。将低频晶振（如24MHz）倍频到CPU所需的高频（如528MHz、1.2GHz）。公式：24MHz * N。
Prescaler (预分频器) ：分频。将高频时钟降频，供低速外设使用。公式：24MHz / M。
PFD (Phase Fractional Divider，相位分数分频器) ：倍频/分频 。可以通过配置N/M的值，实现非整数倍的频率调整。公式：24MHz * (N/M)。当N/M > 1时为倍频，N/M < 1时为降频。

预分频器细节：

2位预分频器：00 (1分频)、01 (2分频)、10 (3分频)、11 (4分频)。

3位预分频器：支持1分频到8分频。

三、 IMX6ULL时钟配置实战

1. IMX6ULL时钟主要做了哪些配置？

根据图示，IMX6ULL的时钟配置主要分为三步：

配置ARM内核时钟：设置PLL1，将ARM内核时钟配置为528MHz。
配置PLL2和PLL3的PFD：配置PLL2下的4个PFD和PLL3下的4个PFD，为各个外设提供基础的时钟源。
配置三个根时钟：配置AHB、PERCLK、IPG三个根时钟，分配到具体的外设总线。

2. 配置的ARM内核时钟频率是多少？

528MHz。这是Cortex-A7内核的工作频率。

3. 配置的AHB、PERCLK、IPG三个根时钟的频率分别是多少？

AHB：132MHz
PERCLK：66MHz
IPG：66MHz

4. IMX6ULL中有几个PLL、几个PFD？

PLL ：IMX6ULL共有 7个PLL（包括ARM_PLL、PLL2、PLL3、USB1_PLL、USB2_PLL、ENET_PLL、AUDIO_PLL、VIDEO_PLL）。
PFD ：PLL2下有4个PFD，PLL3下有4个PFD，共8个PFD。这些PFD为不同外设提供了丰富的时钟频率组合。

四、中断优先级与OCP原则

1. 中断优先级

规则：编号越小，优先级越高。
GIC V2：支持1020个中断，256个优先级（0 - 255）。
IMX6ULL：支持160个中断，32个优先级（0 - 31）。
抢占优先级（组优先级）与子优先级：图示展示了优先级的位分配，通过设置抢占优先级和子优先级，可以决定高优先级中断是否能打断正在执行的低优先级中断。

2. OCP原则（开闭原则）

对于代码修改是关闭的：已经写好并测试稳定的底层驱动/核心代码，尽量避免直接修改其内部逻辑。
对于代码扩展是开放的：应该通过提供接口、回调函数、或添加新模块的方式来扩展功能，而不是修改原有的代码。这在嵌入式框架设计中尤为重要。

今日总结与反思

今天的内容跨度很大，既有底层的汇编启动代码，又有宏观的时钟树架构。

启动代码 是裸机开发的"地基"，理清那7个步骤后，再看start.S就不再觉得像天书了。
时钟配置是后续所有外设（UART、GPIO、定时器）能正常工作的前提。IMX6ULL的时钟树非常复杂，借助PLL、PFD、Prescaler的公式，能更清晰地计算出每个外设最终的时钟频率。
OCP原则提醒我们，在写驱动代码时要考虑可扩展性，不要轻易破坏已有的稳定代码。