ARM基础扫盲
一：ARM型号：
注意：
1、ARM内核版本号和SoC版本号是由ARM确定的，而SoC型号是由半导体公司确定的。
2、Cortex系列后ARM产品线分割成3个系列，这个是市场细分的需要和选择。
ARM已经发布了一些64位架构如A53等，主要面向高性能服务器类应用。
3、ARM下一步重点发展方向是Cortex-M7，特点是低功耗，主要面向物联网终端。
二：CPU和SoC的关系
CPU分为运算器和控制器：运算器进行计算，控制器进行判断
SoC：System on Chip（在一个芯片中做一个系统）
1、芯片的发展方向：从CPU到SoC
2、现在已经没有纯粹的CPU了，都是SoC
3、ARM出卖的内核其实就是CPU（当然还需要总线），各种外设是半导体厂商自己添加的。
上图中：
1、在PCB版中，除了CPU外，UART、Nand控制器、LCD控制器都叫外设。
2、在芯片中，SoC包括CPU和其他的外设。
外设
1、SoC中外设大部分都跑进去了
2、网卡、音频编解码等个别还经常在外面
3、芯片设计的趋势是更大集成度，近年甚至将音视频编解码、DDR都集成进SoC内做成所谓单芯片解决方案。如海思Hi3518E
4、裸机学习其实就是学习SoC的内核（CPU，表现为汇编指令集）和各种外设（如串口）
Flash内存叫闪存，也叫做硬盘，而ddr内存就是我们通常所说的内存条。在手机中，我们一直说的内存相当于PC中的硬盘，而运存说的是PC中的内存条。
三：本课程的平台
SoC：三星S5PV210
开发板：九鼎科技X210
裸机实验方法：USB启动下载+SD卡启动
bootloader支持：uboot、xboot
操作系统支持：linux2.6.35、linux3.0.8、android2.3、android4.0.4
半导体厂商：三星
其他半导体厂商：
- Freescale i.MX5系列（主要用于工业，比如工控机等）
- TI Omap系列（一般都是双核，内置ARM和DSP双核）
- Qualcomm 骁龙系列（手机，高通骁龙）
- 全志科技A10 A20 A31 A33等（底层）
- 行业专用型SoC如华为海思HI3518系列
四：嵌入式与单片机的区别
1、芯片平台：
主流的单片机平台：51、PIC、STM32、AVR、MSP430等
主流的嵌入式平台：ARM、PPC、MIPS（一般用于路由器）
2、资源、价格、应用领域
单片机片上资源有限、价格低、应用领域多为小家电、终端设备等。
嵌入式系统片上资源丰富、价格较高、应用领域宽广，譬如智能手机、平板电脑、游戏机、路由器、摄像机、智能电视机、广告机、智能手表、收银机等。
3、开发模式
单片机开发多为裸机，程序规模小，多为单个程序员独立开发。有些复杂的产品也会使用高端单片机如STM32之类，并使用RTOS（Ucos、freeRTOS等）。
嵌入式开发几乎全部基于嵌入式操作系统，目前使用最多的是Linux和Android。行业共识：如果产品为纯后台运行，比如路由器，一般用Linux，如果和客户需要进行界面交流，使用Android。
4、技术特征
编程语言方面：
单片机主要使用C语言（少量使用汇编语言），和标准C略有不同，很少使用结构体、函数指针等C语言高级特征。
嵌入式开发比较复杂，一般分为底层和应用层。底层语言使用C语言，应用层使用C、C++、Java等语言均有。嵌入式C语言对结构体、数据结构、算法、函数指针（用来面向对象）等高级特性使用比较多。
软硬件组件方面：
单片机多涉及到一些简单外设，比如串口、I2C、ADC、LCD（小屏幕和分辨率）；
嵌入式系统则涉及到更多的复杂外设，比如网络（有线网卡、wifi、蓝牙等）、USB、音视频编解码等。
职业发展：
单片机学习路线短，职业平缓，薪资发展很早达到瓶颈，一般瓶颈薪资6~8k；
嵌入式学习路线长，职业生涯久，薪资发展多年才会达到瓶颈，一般瓶颈薪资12~15k。
五：嵌入式系统的组成和分层
1、嵌入式系统的组成
硬件
-
- 微处理器
- 存储器
- I/O接口、输入输出设备等等
软件：
-
- 嵌入式操作系统：中层
- BSP （board support package板级支持包）：底层，关于硬件的一些驱动等。
- 应用软件：上层（如暴风等）
工作过程：
比如：暴风需要用到屏幕、喇叭等硬件，是通过BSP中的驱动来控制的。应用软件通过给操作系统发命令，操作系统控制BSP中的驱动来控制硬件工作的。
2、嵌入式系统的分层
硬件由硬件工程师来做。
0—1—2—4—5—3—6，驱动程序最后再学习。
3、嵌入式系统的发展过程
- 以单芯片为核心、可编程控制器存在形式（老式单片机）
- 没有操作系统支持
- 软件以汇编为主
- 功能单一、处理效率低、存储容器小、没有对外接口
- 使用简单、价格低
- 以嵌入式CPU为基础、简单操作系统为核心（单片机，如RTOS，STM32）
- CPU种类多，通用性弱
- 系统开销小，效率高
- 达到一定兼容性，拓展性
- 用户体验度不高，交互界面不够友好
- 以嵌入式操作系统为标志（软件Linux、安卓，硬件A8、A9）
- 兼容性好，适用于不同平台
- 系统开销小，效率高，具有高度模块化及拓展性
- 图形化界面，用户界面友好（安卓）
- 丰富的外部接口
- 以物联网为标志
- 将传感器技术、互联网技术及传统嵌入式技术综合联系
- 小型化、智能化、网络化及可视化
- 低功耗、绿色环保
- 多核技术SWP、云计算技术及虚拟化技术
4、多核处理器分为两种：
1：对称多核处理器（多个核心型号一样，不分主次）
2：非对称多核处理器（DSP+ARM，DSP主运算，ARM主控制）
六、交叉编译
1、两种开发模式：
- 非嵌入式开发（桌面电脑上运行的程序，比如QQ、），A(类)机编写（源代码）、编译得到可执行程序，发布给A(类)机运行。
- 嵌入式开发（交叉编译），A(类)机编写（源代码）、编译得到可执行程序，发布给B(类)机运行。
2、为何使用交叉编译
- 嵌入式开发的CPU比较简单，本身无法搭建开发环境，有些甚至操作系统都没有。
- 交叉编译可以用高性能机器为低性能机器开发软件（包括裸机软件、系统级和应用级软件）
3、交叉编译的特点
- 必须使用专用的交叉编译工具链（我们一般称之为编译器）。
交叉链文件在toolchain文件夹中，其中有：
gcc C语言编译器
g++ C++语言编译器
ar 打包工具
gdb 调试工具
ld 链接器
objcopy 制作烧录文件
objdump 反编译
- 由于可执行程序不能本地运行调试，因此必须配合一定手段（专用调试器、JTAG调试器、USB下载、串口下载、SD启动、网络共享等）将可执行程序加载到目标嵌入式设备上运行及调试。
七、CPU的设计原理、地址总线和数据总线
1、CPU和总线示意图
图中总线接口就是硬盘、内存和CPU的连线，在SoC外部，而内部总线是集成在CPU中的。
运算器：进行数学运算，+、-、*、/、取与、左移等
控制器：用来控制CPU运行，比如读取代码，解码，运行等
寄存器：CPU内部的临时内存
过程：程序（数据）在Flash中（硬盘）存储，运行时在内存DDR中。当需要运行程序（数据）时，Flash中的程序（数据）通过Flash数据总线读取到CPU中的寄存器中，然后将程序（数据）通过数据总线放入到内存DDR中。
2、数据总线和地址总线
总线接口包含两部分：地址总线和数据总线。
- CPU通过地址总线寻址，然后通过数据总线与外部设备互换信息。
- 地址总线的位数决定CPU寻址范围；数据总线的位数决定CPU单次通信能交换的信息数量；
- 总线的速度决定CPU和外设互换信息的速度。
注意：
- CPU的地址总线位数和数据总线可以不同（典型代表就是51单片机），但是一般都相同。
- CPU的位数指的是数据总线的位数。
- 32位CPU寻址的范围是4G，所以最多支持4G内存；
- 数据总线是32位的，所以内存是32位的好，所以编程最好用int···
大小计算：2exp10=K，2exp20=M，2exp30=G。2exp32=4G。
八、为何需要Jlink、SD卡等辅助设备
1、嵌入式开发特点
- 交叉编译，不便于本机运行调试程序。
- 嵌入式系统需要bootloader来启动，而bootloader必须首先存在于可启动介质中，这个过程需要专用工具。
- 嵌入式系统无法通过纯软件实现单步调试，因此必须借助专用的调试器。
基于上述特点，嵌入式调试时需要用到调试器，如Jlink。
2、Jlink的作用：
- 下载可执行程序到目标机。
- 在目标机上实现单步调试，便于开发bootloader。
3、SD卡的作用：
- 作为启动介质。工作方式是：事先用读卡器将SD卡连接到开发机（一般是Windows电脑），通过写卡软件将交叉编译得到的可执行程序镜像烧录到SD卡，然后将SD卡插入 嵌入式目标机卡槽，设置正确的启动方式启动，则系统可以从SD卡中烧录的镜像处启动。
4、USB转串口线的作用：
- 串口本身用来做嵌入式目标机的调试输出，主要目的是用来监视及调试软件。
- 因为现在大部分个人电脑（大部分台式机和几乎全部的笔记本电脑）都未配置DB9串口，因此工作中一般直接使用USB转串口线来连接PC和开发板。
其他开发辅助工具：
- USB OTG线
- DB9串口线
- 交叉网线