ARM处理器——I.MX6ULL学习总结_i.mx6ull有srio吗

一、前言

本文首先介绍ARM公司及ARM架构发展史，NXP公司的I.MX6ULL内部的硬件资源、架构等、最后是对这一段时间学习I.MX6ULL裸机开发的感想。

二、ARM公司简介及架构发展史

英国ARM公司是全球领先的半导体知识产权（IP）提供商，全世界超过95%的智能手机和平板电脑都采用ARM架构。ARM设计了大量高性价比、耗能低的RISC处理器、相关技术及软件，ARM公司通过出售芯片技术授权，建立起新型的微处理器设计、生产和销售商业模式。ARM 的商业模式主要涉及 IP 的设计和许可，而非生产和销售实际的半导体芯片。ARM将其技术授权给世界上许多著名的半导体、软件和OEM厂商，每个厂商得到的都是一套独一无二的ARM相关技术及服务，ARM已成为全球性RISC标准的缔造者。

图 1 ARM公司内核架构分类、各架构基本用途

 

图 2 ARM架构发展史

三、I.MX6ULL基本介绍

I.MX6ULL是NXP基于ARM Cortex-A7架构的单核处理器家族，主频可以高900MHz。I.MX6ULL是一个高功效、高性价比应用处的理器系列，运行速度高达528 MHz。I.MX6ULL应用处理器包括一个集成的电源管理模块，降低了外接电源的复杂性，并简化了上电时序。这个系列的每个处理器提供多种存储器接口，其中包括16位LPDDR2、DDR3、DDR3L、原始和管理的NAND闪存、NOR闪存、eMMC、Quad SPI和各种其他接口，用于连接外围设备，如WLAN、Bluetooth®、GPS、显示器和摄像头传感器。

  

表 1 I.MX6ULL特点

四、Cortex-A7 MPCore 简介

Cortex-A7 MPCore是一款基于高性能、低功耗处理器ARMv7-A架构的处理器。Cortex-A7 MPCore处理器在带有一级缓存子系统、可选集成GIC和可选的二级缓存控制器。Cortex-A7 MPcore 处理器支持 1~4 核，通常是和 Cortex-A15 组成 big.LITTLE 架构的，Cortex-A15 作为大核负责高性能运算，Cortex-A7 负责普通应用，因为 Cortex-A7 省电。Cortex-A7 本身性能也不弱，不要看它叫做 Cortex-A7 但是它可是比 Cortex-A8 性能要强大，而且更省电。ARM 官网对于 Cortex-A7 的说明如下：“在 28nm 工艺下，Cortex-A7 可以运行在 1.2~1.6GHz，并且单核面积不大于 0.45mm 2 (含有浮点单元、NEON 和 32KB 的 L1 缓存)，在典型场景下功耗小于 100mW， 这使得它非常适合对功耗要求严格的移动设备，这意味着 Cortex-A7 在获得与 Cortex-A9 相似性能的情况下，其功耗更低”。

 

以前的 ARM 处理器有 7 中运行模型：User、FIQ、IRQ、Supervisor(SVC)、Abort、Undef和 System，其中 User 是非特权模式，其余 6 中都是特权模式。但新的 Cortex-A 架构加入了TrustZone 安全扩展，所以就新加了一种运行模式：Monitor，新的处理器架构还支持虚拟化扩展，因此又加入了另一个运行模式：Hyp，所以 Cortex-A7 处理器有 9 种处理模式。

 

图 3汇编中定义中断向量表

除了 User(USR)用户模式以外，其它 8 种运行模式都是特权模式。这几个运行模式可以通过软件进行任意切换，也可以通过中断或者异常来进行切换。大多数的程序都运行在用户模式，用户模式下是不能访问系统所有资源的，有些资源是受限的，要想访问这些受限的资源就必须进行模式切换。但是用户模式是不能直接进行切换的，用户模式下需要借助异常来完成模式切换，当要切换模式的时候，应用程序可以产生异常，在异常的处理过程中完成处理器模式切换。当中断或者异常发生以后，处理器就会进入到相应的异常模式种，每一种模式都有一组寄存器供异常处理程序使用，这样的目的是为了保证在进入异常模式以后，用户模式下的寄存器不会被破坏。

ARM 架构提供了 16 个 32 位的通用寄存器(R0~R15)供软件使用，前 15 个(R0~R14)可以用作通用的数据存储，R15 是程序计数器 PC，用来保存将要执行的指令。ARM 还提供了一个当前程序状态寄存器 CPSR 和一个备份程序状态寄存器 SPSR，SPSR 寄存器就是 CPSR 寄存器的备份。ARM 架构提供了 16 个 32 位的通用寄存器(R0~R15)供软件使用，前 15 个(R0~R14)可以用作通用的数据存储，R15 是程序计数器 PC，用来保存将要执行的指令。ARM 还提供了一个当前程序状态寄存器 CPSR 和一个备份程序状态寄存器 SPSR，SPSR 寄存器就是 CPSR 寄存器的备份。

 

每一种运行模式都有一组与之对应的寄存器组。每一种模式可见的寄存器包括 15 个通用寄存器(R0~R14)、一两个程序状态寄存器和一个程序计数器 PC。在这些寄存器中，有些是所有模式所共用的同一个物理寄存器，有一些是各模式自己所独立拥有的。（浅蓝色标注即为该模式独立拥有的）

五、总结

      最近在学习正点原子的Linux开发板，已经学习完了I.MX6ULL对应的裸机教程。在学习裸机教程的这段时间我对ARM-CortexA7内核、I.MX6ULL的基本外设有了基本了解。与学习STM32不同的是，I.MX6ULL裸机开发过程中几乎都是查阅参考手册，基本没有使用NXP的SDK包中的API函数，都是查询外设对应的寄存器、查看对应的寄存器的位，进而对寄存器进行操作实现外设的使能和其他配置。这么做目的是更好地了解I.MX6ULL的内部资源，裸机开发的学习不仅是我对32学习的巩固，也是我从32开发转向Linux驱动开发的一个过渡。在Linux下开发不像在Windows中有IAR、MDK等集成开发环境点点鼠标就能完成编译，大型的项目都是要使用Makefile，其中涉及到了Shell编程等内容。因为不像学习STM32调用ST现成的标准库函数，裸机开发的过程中学习得更加底层，我也感受到了C语言能力的提升，我对C语言的结构体指针、函数指针、结构体数组、栈等数据结构、对地址内存的操作有了更深的理解。分析I.MX6ULL启动方式（bin文件还需添加IVT、DCD）；学习硬件资源SRAM、SDRAM、DDR、emmc、nand；中断嵌套和中断的具体实现过程等都是我在32的学习中没有涉及到的，这段时间的学习也算是对32学习的一个补充，花时间重点学习了32没有重视的部分。在这期间还尝试了ARM汇编、C语言的混合编程、Makefile的书写、基本Linux指令也得到了巩固，代码调试独立解决bug的能力也得到了锻炼，这些都为之后uboot、Linux内核的移植、根文件系统的构建打下基础。

参考：

1、ARM_architecture维基百科

2、List_of_ARM_microarchitectures维基百科

3、Cortex-A7 Technical ReferenceManua