[M3_SN] ARM 中常驻RAM的程序设计方法
ARM中常驻RAM的程序设计方法
Ａ 中 常驻 Ｒ Ｒ Ｍ ＡＭ 的程 序设 计方法
■ 华 东 交 通 大 学 梁 占 峰 杨 树 军
引 言
过 去 由 于微 控 制 器 的 寻 址 空 间 以及 Ｒ ＡＭ 的 价 格 和
２ 控 制 目标 文 件 中段 的规 则
＃ｐ ａｍａａｍ ｓｃ ｏ ｓｒ— ｙ ｅ Ｅ 一 ］ ” ａ ”］ ｒｇ ｒ ｅｔ ｎ［ｏｔ ｔｐ］ Ｅ ［ ｎｍｅ ］ ｉ
［ ｓｒ＿ ｙ ｅ ” ａ ” … … ，ｏｔ ｔｐ 一 ｎ ｍｅ ］
ｐ ｅ ｍｓ ｔｏ． （ 稿 用） ａｒ ｅ ｅｃ ｏ投 专 ｐ＠ ｎ． ｒ ｎ ｎ
储区域 。
ＡＲＭ 中 常 驻
Ｒ ＡＭ 的 程 序 设 计 方 法 。 通 过 在
一
ＡＴ９ Ｍ５ ８ ０ 上 的 运 行 结 果 ， 出 了采 用 此 方 法 后 系 统 １ ５０Ａ 给
性能提高的效果 。
③ 在 Ｃ 语 言 的 源 文 件 中 使 用 ＃ｐ ａ ｍａａｍ ｅｔ ｎ ｒｇ ｒ ｓｃｉ ｏ
中 Ｃ语 言 开 发 环 境 下 生 成 指 定 段 的方 法 。 在 Ｃ语 言 的 源 文 件 中控 制 段 的语 法 规 则 是 ：
① 在 源 文 件 的 控 制 目标 文 件 中 ， 成 代 码 段 和 数 生
据段 ；
② 编写 分 散 加 载 描 述 文 件 ， 用 分 散 加 载 机 制 完 成 利 目标 文 件 链 接 过 程 ， 到 最 终 的二 进 制 文 件 。 得
而 缩 短 了 微 控 制 器 读 取 指 令 和 数 据 的 时 间 。 ＡＲＭ 中 实
现 常 驻 ＲＡＭ 程 序 包 括 ２个 现 方 法 后 可 知 ， ３种 方 法 比较 第 适 合 于 大 中型 项 目 的 开 发 过 程 。本 文 只 介 绍 第 ３种 方 法
arm汇编语言程序设计步骤
arm汇编语言程序设计步骤ARM汇编语言是一种底层的计算机编程语言，常用于嵌入式系统和低功耗设备。
在进行ARM汇编语言程序设计时，需要按照以下步骤进行。
1. 定义代码段（Code Section）首先，我们需要定义代码段，用于存放我们编写的指令代码。
在ARM汇编语言中，代码段通常以".text"开始，以".section"结束。
2. 定义全局变量段（Data Section）全局变量段用于存放程序中需要初始化的全局变量。
在ARM汇编语言中，全局变量段通常以".data"开始，以".section"结束。
在定义全局变量时，需要使用合适的指令来分配内存空间，并为变量赋初值。
3. 定义堆栈段（Stack Section）堆栈段用于存放程序运行中产生的临时变量和函数调用所需要的数据。
在ARM汇编语言中，堆栈段通常以".bss"开始，以".section"结束。
在定义堆栈时，需要预留足够的内存空间。
4. 编写指令代码在代码段中，我们可以编写各种指令代码来实现具体的功能。
ARM汇编语言提供了丰富的指令集，可以进行算术运算、逻辑运算、数据传输等操作。
需要根据具体需求选择合适的指令。
5. 定义程序入口程序入口是程序开始执行的地方，通常是一个标签（Label），用于表示指令代码的起始位置。
在ARM汇编语言中，可以使用".globl"指令定义程序入口，并使用标签名进行标识。
6. 进行程序调用如果需要调用其他函数或子程序，则需要使用特定的指令来实现跳转。
在ARM汇编语言中，可以使用"b"指令进行无条件跳转，使用"bl"指令进行函数调用，并将返回地址保存在链接寄存器中。
7. 进行程序返回当函数执行完毕后，需要返回到函数调用的位置。
在ARM汇编语言中，可以使用"bx lr"指令实现跳转到链接寄存器中保存的返回地址。
arm原理及编程
arm原理及编程ARM原理及编程概述ARM（Advanced RISC Machines）是一种精简指令集计算机（RISC）架构，由ARM公司开发。
ARM架构具有低功耗、高性能和灵活性等特点，广泛应用于移动设备、嵌入式系统和服务器等各个领域。
本文将介绍ARM的基本原理以及相关的编程技术。
一、ARM原理1. RISC架构ARM采用RISC架构，即精简指令集计算机。
RISC架构的特点是指令集精简，指令操作简单，执行速度快，能够高效利用处理器的资源。
ARM的指令集包括数据处理指令、分支跳转指令、访存指令等，这些指令的操作对象是寄存器，而不是内存。
2. 寄存器ARM架构中有一组寄存器，用于存储指令操作的数据。
通常，ARM架构有16个通用寄存器，分别用来存储操作数、地址和中间结果等。
此外，还有一些特殊寄存器，如程序计数器（PC）、堆栈指针（SP）等。
3. 处理器模式ARM架构中有多种处理器模式，用于支持不同的操作和特权级别。
常见的模式有用户模式、系统模式和中断模式等。
不同的模式下，处理器具有不同的权限和功能，可以执行不同的指令。
4. 存储器管理单元（MMU）ARM架构中的MMU负责虚拟地址到物理地址的转换，实现内存的管理和保护。
MMU通过页表机制将虚拟地址映射到物理地址，提供了地址空间的隔离和保护功能。
二、ARM编程1. 汇编语言ARM汇编语言是一种低级语言，用于直接操作处理器的指令和寄存器。
通过编写汇编语言程序，可以实现对底层硬件的直接控制。
ARM汇编语言的语法简洁清晰，可读性强。
2. C语言C语言是一种高级语言，常用于ARM的应用程序开发。
使用C语言编程可以更方便地进行软件开发，减少对底层硬件的直接操作。
ARM提供了C编译器，可以将C语言源代码编译成与ARM架构兼容的机器码。
3. 开发工具ARM编程常用的开发工具有Keil MDK、GCC等。
Keil MDK是一款集成开发环境（IDE），提供了ARM汇编器和C编译器，方便开发者编写和调试ARM程序。
2 ARM指令分类及其寻址方式
ARM指令集概述
ARM指令集与Thumb指令集的关系
Thumb指令集 具有灵活、小 巧的特点
ARM指令集支持 ARM核所有的特 性，具有高效、 快速的特点
ARM指令集概述
ARM指令集可以分为6类（详见Chap.3） 跳转指令 数据处理指令 程序状态寄存器传输指令 Load/Store指令 协处理器指令 异常中断产生指令
寄存器方式
在寄存器寻址方式下，操作数即为寄存器 的数值。 例如：
SUB R1,R1,R2 MOV PC,R0
ARM指令寻址方式
数据处理指令的操作数的寻址方式
寄存器移位方式
将寄存器的数值做相应的移位得到的结果作为 操作数，但寄存器的值保持不变，移位方式有：
操作码 说明 操作码 ROR #n 说明 循环右移n位 ASR #n 算术右移n位
cond 0 0 1 opcod S e
Rn
Rd
operand 2
ARM指令集概述
ARM指令的条件码
一条典型的ARM指令语法格式如下：
<opcode>{<cond>}{S} <Rd>,<Rn>{,<operand2>}
大多数ARM指令都可以条件执行，即根据 CPSR中的条件标志位（N、Z、C、V）决定是否 执行该指令。而Thumb指令只有B跳转指令具有 条件执行的功能。如果指令不标明条件代码，将 默认为无条件执行。使用条件码“cond”可以实 现高效的逻辑操作，提高代码执行效率。
ARM指令寻址方式
字及无符号字节的Load/Store指令寻址方式
Load指令用于从内存中读取数据放入寄存器； Store指令用于将寄存器中的数据保存到内存。
ARM汇编语言程序设计
ARM汇编语言程序设计1.ARM汇编语言概述2.ARM寄存器3.ARM指令ARM指令包括数据处理指令、传输指令、分支指令和其他特殊指令。
（1）数据处理指令：包括算术运算、逻辑运算、移位和旋转、比较和测试等。
（2）传输指令：用于数据的加载和存储，包括复制、分配和堆栈操作等。
（3）分支指令：用于控制程序流，包括无条件跳转、条件跳转和中断处理等。
4.ARM程序设计（1）初始化：程序开始时需要进行系统和寄存器的初始化。
可以将堆栈指针初始化，设置另外的寄存器和内存变量等。
（2）输入输出：程序可能需要从外部设备读取数据或向外部设备写入数据。
可以使用传输指令实现数据的输入和输出。
（3）运算处理：根据程序的需求，进行各种运算处理。
可以使用数据处理指令实现数据的加减乘除、逻辑运算等。
（4）循环和条件控制：根据需要，使用分支指令控制程序的流程。
可以使用无条件跳转、条件跳转和循环指令实现程序的循环和条件控制。
（5）结束：在程序执行完毕后，可以进行清理工作，例如释放内存、关闭设备等。
5.ARM程序设计实例下面是一个简单的ARM汇编程序示例，实现从数组中找到最大值并输出：.global _start.section .dataarray: .word 1, 3, 5, 2, 4max: .word 0.section .text_start:loop:next:在上述示例中，程序首先将数组的地址和最大值的地址加载到寄存器中。
然后使用循环和条件控制指令依次比较数组元素，找到最大值并将其存储在max变量中。
最后将最大值输出，并结束程序。
嵌入式系统 RAM程序设计
4
符号定义伪操作
伪操作
GBLA GBLL GBLS LCLA LCLL LCLS SETA SETL SETS RLIST CN CP DN/SN FN
语法格式
GBLA Variable GBLL Variable GBLS Variable LCLA Variable LCLL Variable LCLS Variable SETA Variable expr SETL Variable expr SETS Variable expr name LIST ｛ list registers｝ ｝ name CN expr name CP expr name DN/SN expr name FN expr of
{label} DCB expr｛， expr｝ 分配一段字节内存单元，并用expr初始化。 ｛ ｝ 分配一段字节内存单元，并用 初始化。 初始化 {label} DCD expr { ， expr}… ｛label｝ DCDO expr｛， ｝ ｛ expr｝… ｝ {label} DCFD ｛ U ｝ fpliteral｛，fpliteral｝… ｛ ｝ {label} DCFS ｛ U ｝ fpliteral ｛，fpliteral｝… ｝ {label} DCI expr ｛ ， expr｝… ｝ 分配一段字内存单元。 分配一段字内存单元。 分配一段字对齐的字内存单元。 分配一段字对齐的字内存单元。 为双精度的浮点数分配字对齐的内存单元。 为双精度的浮点数分配字对齐的内存单元。 为单精度的浮点数分配字对齐的内存单元。 为单精度的浮点数分配字对齐的内存单元。 代码中分配一段字对齐的内存单元; 在ARM代码中分配一段字对齐的内存单元 在Thumb代 代码中分配一段字对齐的内存单元 代 码中，分配一段半字对齐的半字内存单元。 码中，分配一段半字对齐的半字内存单元。
ram方案
RAM方案概述RAM（Random Access Memory）是计算机中的一种临时存储设备，用于存储正在运行的程序和数据。
它提供了快速的读写速度，以及对数据的随机访问能力。
RAM方案是指针对特定计算机系统设计的RAM的规格、配置、安装和管理方案。
本文将介绍RAM方案的基本原理、常见的RAM类型、RAM的选购与安装、以及RAM的管理和维护。
基本原理RAM是计算机中的主要内存，用于暂时存储正在运行的程序和数据。
它可以被CPU随机访问，是计算机系统中速度最快的存储设备。
RAM基于半导体存储技术，采用电容器和晶体管组成的存储单元来存储数据。
每个存储单元可以存储一个位的数据，具有读写速度快、易于擦除和编程的特点。
常见的RAM类型1. SRAM（Static Random Access Memory）SRAM是一种速度快、稳定性好的RAM类型。
它使用六晶体管（6T）存储单元，每个存储单元由一个触发器和两个传输门组成，可以永久存储数据。
SRAM的速度快、可靠性高，但成本相对较高。
2. DRAM（Dynamic Random Access Memory）DRAM是一种容量大、成本低的RAM类型。
它使用电容器存储单元，每个存储单元由一个电容器和一个访问传输门组成。
由于电容器会逐渐失去电荷，DRAM需要定期刷新来保持数据的存储。
DRAM的速度相对较慢，但容量大，价格低廉。
3. DDR SDRAM（Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory）DDR SDRAM是一种高速的RAM类型，它是在DRAM基础上发展而来的。
DDR SDRAM每个存储单元在一个时钟周期内可以进行两次数据传输，因此数据传输速度相对于普通的DRAM翻倍。
DDR SDRAM的速度更快，多用于需要高性能计算的场合。
4. 其他RAM类型除了上述常见的RAM类型外，还有许多其他类型的RAM，如LPDDR（Low Power DDR）、SRAM-1T（Single-Transistor SRAM）等。
arm对存储器的操作方法
arm对存储器的操作方法ARM架构的处理器，是一种基于RISC（Reduced Instruction Set Computing）思想的处理器架构，是一种非常高效的处理器系列。
ARM 结构处理器的内核包括寄存器和运算单元，可以用于执行诸如数据传输和算术等简单指令。
在ARM架构中，存储器是非常重要的一部分，因为存储器用来存放指令和数据。
存储器不仅包含RAM（随机访问存储器）和ROM（只读存储器）这些主要的存储单元，也包括一些副存储单元，例如Cache （缓存）、SD卡、硬盘等。
ARM处理器可以通过多种不同的方式来操作存储器，并且可以根据具体情况灵活选择最合适的操作方式。
ARM架构的处理器设计了一系列用来操作存储器的指令，这些指令顺序执行，能够很好的实现一些数据传输操作。
具体来说，ARM处理器能够通过以下方式来实现对存储器的操作：1.通过LDR和STR指令操作存储器LDR（Load Register）指令用于从内存中读取数据并将其加载到寄存器中，STR（Store Register）指令用于将寄存器中的数据存储到内存中。
这种方式是最基本的存储器操作方式，在ARM架构中是非常常见的操作方式。
2.通过LDM和STM指令一次性加载或存储多个寄存器LDM（Load Multiple）指令和STM（Store Multiple）指令用于一次性加载或存储多个寄存器中的数据。
这种方式可以减少数据传输的时间，并且可以显著提高存储器访问的效率。
3.通过SWP指令实现原子操作SWP（Swap）指令用于实现原子操作，即在一个操作中同时读取和写入存储器。
这种方式可以保证同时读写存储器的操作不会被中断，从而防止并发写入的遗漏。
通常情况下，SWP指令在并发控制和多线程编程中使用得比较多。
4.通过LDRB和STRB指令操作位数据LDRB（Load Register Byte）指令用于从内存中读取一个字节的数据，STRB（Store Register Byte）指令用于将一个字节的数据存储到内存中。
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ARM 中常驻RAM的程序设计方法引言过去由于微控制器的寻址空间以及RAM的价格和容量的限制，系统运行后，微控制器不得不频繁地访问ROM读取指令。
总所周知，RAM的访问速度比ROM快几倍到十几倍，例如，A TMEL 公司的AT4BV162(FLASH)的访问时间是70ns, 三星公司的K6R4016(SDRAM)的访问时间只需要10ns左右，二者相差了近7倍。
随着ARM微控制器的出现，微控制的运行速度和寻址能力都有所增强。
ATMEL公司的ARM7微控制器A T91M55800A的指令执行速度可以达到30MHz以上，在访问FLASH时，要插入3个等待周期和2个数据浮空输出周期，而访问SDRAM时，则无需插入等待周期和数据浮空输出周期，由此可见，微控制器和SDRAM的访问速度十分接近。
通过以上分析可知，提高ROM的访问速度或者将程序加载到RAM中运行，两种方法都可以提高微控制器的工作效率。
但是由于ROM的结构和工艺的原因，采用前一种方法所需要的成本和技术难度都远远大于后一种方法。
本文通过实例，详细地阐述了如何用ADS1.2实现ARM中常驻RAM的程序设计方法。
通过在ATMEL91M55800A上的运行结果，给出了采用此方法后系统性能提高的效果。
工作原理常驻RAM程序就是当系统通电运行后，引导程序将部分程序和数据加载到相应的RAM区域，为控制器直接从RAM中读取该部分指令和数据，而不在访问ROM，从而缩短了微控制器读取指令和数据的时间，ARM中实现常驻RAM程序包括2个步骤：1）在源文件的控制目标文件中，生成代码段和数据段。
2）编写分散加载描述文件，利用分散加载机制完成目标文件链接过程，得到最终的二进制文件。
控制目标文件中段的规则使用ADS开发工具生成目标文件中包含的段的种类如图1所示。
由于分散加载机制的最小加载单元是段，这就要求在源文件中对要加载到不同存储器区域的代码或数据生成不同的段。
图1. 目标文件中段的分类常用的控制方法有如下几种:1)根据记载区域的不同划分源文件，源文件经过编译后生成目标文件，分散加载机制以目标文件的默认段名进行加载。
其优点是实现较为简单，适合于小型开发项目使用，缺点是破坏了项目中文件结构模块化的原则，不利于对项目的维护。
2)在ADS中使用-zo选项，源文件经过编译后生成的目标文件中，每个函数生成相对应的段。
其优点是实现最简单，缺点是不能控制常量表和变量加载到指定的存储区域。
3)在C语言的源文件中使用#pragma arm section 或在汇编语言中使用AREA指定段。
其优点是可以自由控制一个目标文件中段的数量和名称，可以为指定的常量或变量生成常量段或变量段，并加载到指定的存储区域的指定地址。
综合分析以上3种实现方法后可知，第3种方法比较适合大中型项目的开发过程，本文只介绍第3中方法暗中C语言开发环境下生成指定段的方法。
在C语言的源文件中控制段的语法规则是:#pragma arm section [sort_type][[=][”name”]] [,sort_type = “name”]…其中，sort_type 可以是code, rodata, rwdata, zidata之一，相应的中文含义见图1；name 是对应于sort_type段的名称，当name省略时，对应的sort_type恢复成默认的段名。
例如:#pragma arm section code = “abc”表示此行后面的代码位于目标文件的abc代码段中。
#pragma arm section code 表示恢复此行以后的代码到默认的代码段中。
编写分散加载描述文件的规则分散加载机制通过分散加载描述文件控制目标代码的链接，使目标代码和数据加载到指定的存储区域中运行。
分散加载描述文件包括加载区和执行区2部分。
加载区是当前系统上电或加载时存放目标代码的存储区域，通常是指ROM，执行区域是目标代码运行时所使用的存储器区域，可以使ROM或RAM。
常用的分散加载描述文件的语法如下:1. Load_Region Base_Addr2. {3. Exec_Region_1 Base_Addr length4. {5. Module_Select(“+” Attr | Section_Pattern)6. }7. Exec_Region_1 Base_Addr length8. {9. Module_Select(“+” Attr | Section_Pattern)10. }11. }具体解释如下:Load_Region 加载区名称Exec_Region_x 执行区名称, x表示相应的序号加载区的Base_Addr 加载区的首地址，必须是字对齐地址，并且与其中一个执行区域的首地址相同。
执行区的Base_Addr 执行区的首地址，可以是字对齐地址的绝对地址,也可以是相对地址。
Length 可选项，指定了执行区域的最大字节数。
Module_Select 模块名称，如 main.o 可以使用*通配符。
Attr 段的名称,如abcSection_Patten 段的属性如ro, rw, zi 等，属性前要加”+”。
应用实例硬件组成如图2所示，本实例采用微控制器论寻的方式读取常量数组，并在执行一万次加法运算后翻转PB0引脚电平的状态，通过示波器测量PB0引脚的波形变化情况。
因为内部RAM访问时间最短，外部SDRAM次之，Flash访问时间最长，所以将通电后只执行一次的InitPin函数加载到FLASH 中，将执行次数最频繁的函数revPin，记录引脚状态的变量pin_status和常量数组cstvar加载到内部RAM中，其余的函数和变量加载到外部SDRAM中，如果常量数组过大，也可以加载到外部RAM 中。
源程序如下(文件名为main.c,启动代码部分略)1. #define TEST_PIN PB02. #include “stdio.h”3. #include “../parts/m55800/lib_m55800.h”4.5. #pragma arm section rodata=”CV” // 定义CV常量段6. const unsigned int cstvar[10] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};7.8. #pragma arm section rodata // 定义RP代码段和数据段9. #pragma arm section zidata = “RP” ,code =”RP”10. void addm(void)11. {12. unsigned int i, j, dump = 0;13. for (i = 0; i < 100; i++)14. {15. for (j = 0; j < 10; j++)16. {17. dump +=cstvar[j];18. }19. }20. // 防止编译器优化掉cstvar常量数组和上面的循环程序21. If (dump > 0)22. {23. dump =0;24. }25. }26. unsigned int pin_status;27. void revpin(void)28. {29. if (pin_status == 1)30. {31. // PB0 输出低电平32. PIOB_DESC, pio_base->PIO_CODR=TEST_PIN;33. }34. else35. {36. // PB0 输出高电平37. PIOB_DESC, pio_base->PIO_SODR = TEST_PIN;38. }39. Pin_status = !pin_status;40. }41. #pragma arm section zidata, code // 恢复代码段和数据段名称为默认值42.43. #pragma arm section code =”IP”// 定义IP代码段44. void initPin(void)45. {46. At91_pio_open(&PIOB_DESC, TEST_PIN, PIO_OUTPUT);47. }48. #pragma arm section code // 恢复代码段名为默认值49.50. #pragma arm section rwdata = “MF”, code = “MF” // 定义MF代码段和数据段51. int main(void)52. {53. Pin_status =1;54. InitPin();55. While(1)56. {57. Addm();58. revPin();59. }60. return 1;61. }62. #pragma arm section rwdata, code // 恢复代码段名和数据段为默认值分散加载描述文件如下(文件名为flash_sct.sct)01. #define TEST_PIN PB002. LOAD_FLASH 0x0100000003. { ;加载区的开始地址04. EXE_FLASH 0x01000000 0x0020000005. { ; flash执行区（2MB）06. Cstartup_ads.o(reset, +First) ;启动代码07. __main.o ; 必须放在启动代码执行区08. * (Region$$T able) ; 必须放在启动代码执行区09. * (ZISection&&T able）; 必须放在启动代码执行区10. main.o(IP) ; 将main.o的IP段加载到此处11. }12. EXE_RAM 0x0030,0X1FD013. { ; 内部RAM 执行区（8Kb）14. main.o(RP) ; 将main.o的RP段加载到此处15. main.o(CV) ; 将main.o的CV段加载到此处16. }17. EXE_RAM 0X02000000,0X80000{ ; 内部RAM 执行区（512Kb）18. main.o(MF) ; 将main.o的MF段加载到此处19. *(+ro) ; 其余代码和常量20. *（+rw,+zi）; 其余的数据21. }22. }2.效率分析表1是分别加载不同的存储器后，程序运行的结果。
结束语本文介绍的常驻RAM的程序设计方法不仅可以按需将目标代码加载到对应当存储器区域中，缩短了微控制器读取指令的时间，而且可以将变量和常量加载到相应的存储器区域中，缩短了数据的存储时间。
在需要频繁查表的程序设计中，效率的提升更为明显。