ARM 架构（Cortex-A 系列）

ARM 是嵌入式 Linux 主流 CPU 架构之一（Cortex-A 应用处理器系列）。
深入理解 ARM 才能看懂数据手册和启动代码。

一、ARM 公司与 ARM 架构

• ARM Holdings 公司只卖 IP，自己不生产芯片
• 主流 IP 厂商：Cortex-M（微控制器）、Cortex-R（实时）、Cortex-A（应用）
• 指令集版本：ARMv7（32位）、ARMv8（64位，引入 AArch64）

二、Cortex-A 关键概念

1. 运行模式（Processor Modes）

2. 寄存器组

• R0-R12：通用寄存器
• R13 (SP)：栈指针
• R14 (LR)：链接寄存器（函数返回地址）
• R15 (PC)：程序计数器
• CPSR / SPSR：当前/保存程序状态寄存器（含 M[4:0] 模式位）
• Banked 寄存器：每种异常模式独立 R8-R14

3. 异常向量表

地址          异常类型        进入模式
0x00          Reset          SVC
0x04          Undefined      UND
0x08          SWI            SVC   ← 系统调用入口
0x0C          Prefetch Abort ABT
0x10          Data Abort     ABT
0x14          Reserved
0x18          IRQ            IRQ
0x1C          FIQ            FIQ

4. MMU（内存管理单元）

• 虚拟地址 → 物理地址转换
• 页表（一级/二级/三级）
• 权限控制（AP 位：只读、读写、特权）
• 内存属性（Device / Normal / Strongly-ordered）

5. Cache

• I-Cache（指令）、D-Cache（数据）
• 一致性问题：__flush_dcache_area、__invalidate_icache
• Cache Coherent interconnect（CCI）

6. SMP（多核）

• SCU（Snoop Control Unit）
• GIC（Generic Interrupt Controller）：SGI/PPI/SPI
• Spinlock、atomic 指令（LDREX/STREX）

三、AArch64 差异（ARMv8）

• 通用寄存器扩展到 X0-X30（64 位）
• EL0/EL1/EL2/EL3 异常级别（替代特权模式）
• PSTATE 替代 CPSR
• 引入 NEON 高级 SIMD

四、推荐阅读

• 《ARM Cortex-A Series Programmer's Guide》
• 《ARM Architecture Reference Manual》（官方，厚但权威）
• 处理器对应 Technical Reference Manual (TRM)