PAGE1
PAGE1
ARM架构基础
1.ARM架构概述
ARM架构是一种广泛应用于嵌入式系统的RISC（精简指令集计算）架构。它以其低功耗、高性能和高代码效率而著称，非常适合于便携设备、物联网设备和其他资源受限的应用场景。ARM架构的指令集设计简洁，使得编译器优化更容易，同时也降低了硬件实现的复杂性。
ARM架构有多个版本，其中TivaC系列单片机基于ARMCortex-M4内核。Cortex-M4是ARMCortex-M系列中的高性能成员，支持浮点运算和DSP（数字信号处理）指令，适用于需要进行复杂计算和实时处理的应用。
2.ARMCortex-M4内核特点
2.1指令集
ARMCortex-M4内核支持Thumb-2指令集，这是一种混合了16位和32位指令的指令集。Thumb-2指令集在保持代码密度的同时，提供了高性能的32位指令，使得编译器可以生成更紧凑、更高效的代码。
2.2处理器模式
ARMCortex-M4内核支持多种处理器模式，包括特权模式和用户模式。特权模式允许访问所有系统资源和执行所有指令，而用户模式则受到限制，只能访问非特权资源和执行非特权指令。这种模式划分有助于提高系统的安全性和稳定性。
2.3中断处理
ARMCortex-M4内核支持丰富的中断机制，包括快速中断（FIQ）和普通中断（IRQ）。中断处理机制设计高效，中断响应时间短，适合实时应用。Cortex-M4内核还支持嵌套向量中断控制器（NVIC），可以灵活配置中断优先级和处理顺序。
2.4存储器保护
Cortex-M4内核支持存储器保护单元（MPU），可以对内存区域进行保护，防止非法访问。MPU的使用可以提高系统的可靠性和安全性。
3.寄存器和存储器
3.1寄存器
ARMCortex-M4内核拥有多个寄存器，包括通用寄存器、程序状态寄存器和特殊功能寄存器。通用寄存器用于存储数据和地址，程序状态寄存器用于保存处理器状态信息，特殊功能寄存器用于控制和配置各种硬件功能。
通用寄存器：R0-R12，这些寄存器用于存储数据和地址。
程序计数器（PC）：R15，用于存储下一条指令的地址。
堆栈指针（SP）：R13，用于存储当前堆栈的顶部地址。
链接寄存器（LR）：R14，用于存储函数调用返回地址。
程序状态寄存器（PSR）：包括应用程序PSR（APSR）、执行PSR（EPSR）和中断PSR（IPSR），用于保存处理器状态信息。
3.2存储器
ARMCortex-M4内核支持多种存储器类型，包括指令存储器（Flash）、数据存储器（RAM）、外设寄存器和系统寄存器。存储器的组织方式通常包括线性存储器和分段存储器。
Flash存储器：用于存储程序代码和常量数据。
RAM存储器：用于存储变量和栈数据。
外设寄存器：用于控制和配置单片机的外设。
系统寄存器：用于控制和配置系统级功能，如中断和时钟。
4.指令系统
4.1数据处理指令
数据处理指令用于执行算术和逻辑运算。常见的数据处理指令包括加法（ADD）、减法（SUB）、乘法（MUL）、逻辑与（AND）、逻辑或（ORR）和逻辑异或（EOR）等。
//加法指令
ADDR1,R2,R3//R1=R2+R3
//减法指令
SUBR1,R2,R3//R1=R2-R3
//乘法指令
MULR1,R2,R3//R1=R2*R3
//逻辑与指令
ANDR1,R2,R3//R1=R2R3
//逻辑或指令
ORRR1,R2,R3//R1=R2|R3
//逻辑异或指令
EORR1,R2,R3//R1=R2^R3
4.2存储器指令
存储器指令用于从内存读取数据或将数据写入内存。常见的存储器指令包括加载（LDR）、存储（STR）、加载半字（LDRH）和存储半字（STRH）等。
//从内存加载数据到寄存器
LDRR1,[R2]//R1=*R2
//将寄存器中的数据存储到内存
STRR1,[R2]//*R2=R1
//从内存加载半字到寄存器
LDRHR1,[R2]//R1=*(uint16_t*)R2
//将寄存器中的半字存储到内存
STRHR1,[R2]//*(uint16_t*)R2=R1
4.3控制指令
控制指令用于改变程序的执行流程。常见的控制指令包括跳转（B）、条件跳转（BNE、BEQ等）、调用（