ARM简介

ARM（Advanced RISC Machine）是一种精简指令集（RISC）处理器架构，由英国ARM公司设计，广泛应用于移动设备、嵌入式系统、物联网等领域。其特点包括：

1. 低功耗：优化的能效比，适合便携设备。
2. 高性能：流水线设计、多核支持及可选NEON SIMD加速。
3. 灵活性：支持多种操作系统（Linux、Android、RTOS等）。
4. 多层次架构：
   • Cortex-A：应用处理器（如手机、平板）
   • Cortex-R：实时控制（汽车、工业）
   • Cortex-M：微控制器（IoT、传感器）

ARM编程方法

1. 开发环境搭建

• 工具链：
  • GNU工具链：gcc-arm-none-eabi（嵌入式）或 aarch64-linux-gnu-gcc（Linux应用）
  • 商业工具：Keil MDK、IAR Embedded Workbench
• 模拟器：QEMU（支持ARM虚拟化）
• 开发板：Raspberry Pi（Cortex-A）、STM32（Cortex-M）

2. 编程语言

• C/C++：主要开发语言，直接操作硬件。
• 汇编：用于启动代码、性能优化。
• Python/Java：在运行操作系统的环境中使用（如Android）。

编程示例（Cortex-M 闪灯程序）

以STM32F4（Cortex-M4）为例，控制GPIO引脚闪烁LED：

C代码示例（使用寄存器操作）

#include "stm32f4xx.h"  // 芯片头文件

int main(void) {
    // 1. 启用GPIOA时钟 (AHB1总线)
    RCC->AHB1ENR |= RCC_AHB1ENR_GPIOAEN;

    // 2. 配置PA5引脚为输出模式
    GPIOA->MODER &= ~GPIO_MODER_MODER5;  // 清除原有设置
    GPIOA->MODER |=  GPIO_MODER_MODER5_0; // 01: 输出模式

    while(1) {
        // 3. 翻转PA5引脚电平
        GPIOA->ODR ^= GPIO_ODR_ODR_5;

        // 4. 简单延时
        for(volatile int i=0; i<1000000; i++);
    }
}

关键步骤解析：

1. 时钟使能：ARM外设需先启用时钟以降低功耗。
2. GPIO配置：设置引脚模式（输入/输出/复用）。
3. 电平控制：通过ODR寄存器控制引脚高低电平。
4. 延时循环：简单实现延时（实际应用需用定时器）。

汇编示例（启动代码片段）

Cortex-M启动时初始化堆栈的汇编代码：

.section .vectors
.word 0x20001000    /* 初始栈顶地址 */
.word reset_handler  /* 复位向量入口 */

.text
reset_handler:
    MOV r0, #0       // 寄存器清零示例
    LDR r1, =0x40023800 // 加载RCC寄存器地址
    BX lr            // 返回

开发流程

1. 编写代码：C/汇编混合编程。
2. 编译链接：

   arm-none-eabi-gcc -mcpu=cortex-m4 -T linker.ld main.c startup.s -o firmware.elf

3. 烧录：使用OpenOCD或J-Link写入设备：

   openocd -f board/stm32f4discovery.cfg -c "program firmware.elf verify reset exit"

4. 调试：GDB配合调试探针单步执行。

学习资源

1. 官方文档：
   • ARM架构参考手册
   • CMSIS（Cortex微控制器软件接口标准）
2. 实践平台：
   • STM32CubeIDE（免费）
   • Raspberry Pi裸机编程
3. 书籍：
   • 《ARM System Developer's Guide》
   • 《Cortex-M权威指南》

提示：嵌入式开发需结合具体芯片手册（如STM32参考手册），掌握寄存器定义和内存映射。高性能应用（Cortex-A）可学习Linux驱动和U-Boot移植。