嵌入式软件工程师、底层系统开发人员、需要深入理解ARM处理器架构与指令集的研发人员。
深入理解ARM处理器的体系结构(Cortex-A/R/M系列)与编程模型。
掌握ARM汇编语言基础与C语言混合编程技术。
能够独立完成基于ARM处理器的启动代码编写与底层驱动开发。
ARM处理器概述:ARM公司的发展历程与商业模式;ARM处理器家族(Cortex-A、Cortex-R、Cortex-M、Cortex-X)的定位与应用场景;ARMv7、ARMv8、ARMv9架构的主要特性;ARM处理器的技术特点(低功耗、高代码密度)。
ARM编程模型:ARM处理器的寄存器组织(通用寄存器R0-R12、堆栈指针SP、链接寄存器LR、程序计数器PC、程序状态寄存器CPSR);处理器工作模式(用户模式、系统模式、IRQ模式、FIQ模式、SVC模式、中止模式、未定义模式);异常与中断处理流程。
ARM指令集基础:ARM指令集与Thumb指令集的特点对比;ARM指令的寻址方式(立即寻址、寄存器寻址、寄存器偏移寻址、相对寻址);常用ARM指令(数据传送MOV、算术运算ADD/SUB、逻辑运算AND/ORR/EOR、比较CMP、跳转B/BL/BX)。
Thumb/Thumb-2指令集:Thumb指令集的特点(16位指令、高代码密度);Thumb-2指令集的混合指令长度;Thumb状态与ARM状态的切换;Thumb-2在Cortex-M处理器中的应用。
汇编与C混合编程:内联汇编(Inline Assembly)的使用;嵌入式汇编(__asm)的使用;汇编函数与C函数的相互调用(ATPCS调用规范);参数的传递规则与返回值处理。
启动代码分析:启动代码的作用(初始化堆栈、复制数据段、清空BSS段、跳转到main);基于ARM的典型启动流程;中断向量表的定义;系统初始化与时钟配置。
异常与中断处理:ARM的异常类型(复位、未定义指令、SWI、预取中止、数据中止、IRQ、FIQ);异常优先级与向量表;异常返回机制;IRQ与FIQ的区别与应用场景;中断嵌套的实现。
存储系统与MMU:ARM的存储体系(Cache、TCM、MMU);MMU(内存管理单元)的作用(地址转换、权限控制、虚拟内存);页表的结构(一级页表、二级页表);TLB(转换后备缓冲器)的作用。
Cache与写缓冲:Cache的工作原理(地址映射、替换算法、写入策略);Cache的一致性(Coherency)问题;Cache的维护操作(Invalidate、Clean、Flush);写缓冲(Write Buffer)的作用。
调试与跟踪技术:ARM的调试接口(JTAG、SWD);调试事件(断点、观察点);ETM(嵌入式跟踪宏单元)的工作原理;CoreSight调试架构简介。
ARMv8-A架构简介:ARMv8-A的64位支持;AArch64与AArch32的执行状态;AArch64的寄存器组(X0-X30、SP、PC);异常级别(EL0-EL3)的概念;虚拟化支持。
综合实战项目:基于ARM Cortex-M处理器的启动代码编写与底层驱动实现,包含向量表配置、系统初始化、中断处理、汇编与C混合编程、外设驱动开发与调试。