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1.1 ARM簡(jiǎn)介

1.1.1 ARM概述

ARM是 的縮寫(xiě)，它是一家微處理器行業(yè)的知名企業(yè)，該企業(yè)設(shè)計(jì)了大量高性能、廉價(jià)、耗能低的RISC（精簡(jiǎn)指令集）處理器。公司的特點(diǎn)是只設(shè)計(jì)芯片，而不生產(chǎn)。它將技術(shù)授權(quán)給世界上許多著名的半導(dǎo)體、軟件和OEM廠商，并提供服務(wù)。

ARM（ RISC ）有3種含義：

1.一個(gè)公司的名稱(chēng)；

2.一類(lèi)微處理器的通稱(chēng)；

3.一種技術(shù)的名稱(chēng)。

ARM微處理器的特點(diǎn)：

1.體積小、低功耗、低成本、高性能；

2.支持Thumb（16位）/ARM（32位）雙指令集，能很好的兼容8位/16位器件；

3.大量使用寄存器，指令執(zhí)行速度更快；

4.大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成；

5.尋址方式靈活簡(jiǎn)單，執(zhí)行效率高；

6.指令長(zhǎng)度固定。

1.1.2 ARM微處理器系列

ARM處理器的產(chǎn)品系列非常廣，包括ARM7、ARM9、ARM9E、、ARM11和等。以及其它廠商基于ARM體系結(jié)構(gòu)的處理器，除了具有ARM體系結(jié)構(gòu)的共同特點(diǎn)以外，每一系列提供一套特定的性能來(lái)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)者對(duì)功耗、性能、體積的需求。

ARM 公司提供了 ARMv1、ARMv2、ARMv3、ARMv4、ARMv5、ARMv6、ARMv7、ARMv8 和ARMv9共九種不同的架構(gòu)，其中 ARMv1 和 ARMv2 都沒(méi)有太大的實(shí)際使用價(jià)值，從 ARMv3 開(kāi)始才逐步開(kāi)始正式商用。

從 ARMv3 架構(gòu)開(kāi)始，ARM 推出了對(duì)應(yīng)的 ARM6、7 處理器類(lèi)型（系列），目前常見(jiàn)的 ARM 處理器類(lèi)型（系列）有 ARM7、ARM9、ARM10、ARM11 和 。而每個(gè)系列處理器中又有許多不同的類(lèi)型，如 ARM9 系列就有 ARM9E-S、-S 等類(lèi)型。

體系架構(gòu)

具體處理器類(lèi)型（系列）

ARMv1

ARM1

ARMv2

ARM2、ARM3

ARMv3

ARM6、ARM7

ARMv4

、、、、、

ARMv5

ARM9E-S、-S、、ARM 1022E、、-S、-S、-S、-S、ARM10

ARMv6

ARM11 系列（(F)-S、(F)-S、(F)-S 和 ARM11 ）、ARM -M

ARMv7

-A、-M、-R

ARMv8

-A35, -A53, -A57, -A72, -A73

ARMv9

-A510, -A710, -X2, N2

基于ARMv7版本的ARM 系列產(chǎn)品由A、R、M三個(gè)系列組成，具體分類(lèi)延續(xù)了一直以來(lái)ARM面向具體應(yīng)用設(shè)計(jì)CPU的思路。

A應(yīng)用處理器（ ）系列

-A 處理器包括 -A5、-A7、-A8、-A9、-A12 和 -A15 共 6 個(gè)子系列，用于具有高計(jì)算要求、運(yùn)行豐富操作系統(tǒng)及提供交互媒體和圖形體驗(yàn)的應(yīng)用領(lǐng)域，如智能手機(jī)、平板電腦、汽車(chē)娛樂(lè)系統(tǒng)、數(shù)字電視等。

-A 系列處理器均適用于各種不同的性能應(yīng)用領(lǐng)域，其共享 ARMv7-A 的架構(gòu)和功能集，成為開(kāi)放式平臺(tái)設(shè)計(jì)的最佳解決方案并且可以為不同設(shè)計(jì)之間的軟件提供兼容性和可移植性，其提供了 ARM、Thumb-2、Thumb、、DSP 的指令集支持、 安全擴(kuò)展、高級(jí)單精度和雙精度浮點(diǎn)支持、NEON 媒體處理引擎及對(duì)包括 Linux 全部分發(fā)版本（、、和）、Linux 第三方（、QNX、Wind River、、 CE）、需要使用內(nèi)存管理單元的其他操作系統(tǒng)支持。

R實(shí)時(shí)控制處理（Real Time ）系列

-R 系列處理器包括 -R4、-R5、-R7 共 3 個(gè)子系列，其對(duì)低功耗、良好的中斷行為、卓越性能及與現(xiàn)有平臺(tái)的高兼容性這些需求進(jìn)行了平衡考慮，具有高性能、實(shí)時(shí)、安全和經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的特點(diǎn)，面向如汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)、動(dòng)力傳動(dòng)解決方案、大容量存儲(chǔ)控制器等深層嵌入式實(shí)時(shí)應(yīng)用。例如硬盤(pán)控制器（或固態(tài)驅(qū)動(dòng)控制器）、企業(yè)中的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和打印機(jī)、消費(fèi)電子設(shè)備（例如藍(lán)光播放器和媒體播放器）、以及汽車(chē)應(yīng)用（例如安全氣囊、制動(dòng)系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)管理）。

-R 系列處理器使用了深度流水化微架構(gòu)及指令預(yù)取、分支預(yù)測(cè)和超標(biāo)量執(zhí)行等性能增強(qiáng)技術(shù)，提供了硬件除法、浮點(diǎn)單元（FPU）選項(xiàng)和硬件 SIM DSP，采用了可以在不犧牲性能的前提下實(shí)現(xiàn)高密度代碼的帶 Thumb-2 指令的 ARMv7-R 架構(gòu)和帶指令、指令 cache 控制器的哈佛架構(gòu)，并且擁有獲得快速響應(yīng)代碼和數(shù)據(jù)處理器本地的緊密耦合內(nèi)存（TCM）和高性能 AMBA3 的 AXI 總線接口。

M微控制器（Micro ）系列

-M 系列處理器包括 -M0、-M0+、-M1、-M3、-M4 共 5 個(gè)子系列，該系列主要針對(duì)成本和功耗敏感的應(yīng)用，如智能測(cè)量、人機(jī)接口設(shè)備、汽車(chē)和工業(yè)控制系統(tǒng)、家用電器、消費(fèi)性產(chǎn)品和醫(yī)療器械等。

-M處理器家族更多的集中在低性能端，但是這些處理器相比于許多微控制器使用的傳統(tǒng)處理器性能仍然很強(qiáng)大。例如，-M4和-M7處理器應(yīng)用在許多高性能的微控制器產(chǎn)品中，最大的時(shí)鐘頻率可以達(dá)到。

1.2為什么要學(xué)習(xí)-M

目前市場(chǎng)上ARM主流的芯片基本都是系列，下圖展示了一個(gè)基于的系統(tǒng)。

從上圖可以看出，-M應(yīng)用非常廣泛，應(yīng)用領(lǐng)域非常多，尤其是在嵌入式領(lǐng)域，-M系列的芯片介于低端和高端之間，它相對(duì)于普通的 8/16 位機(jī)有更多的片上外設(shè)，更先進(jìn)的內(nèi)核架構(gòu)，可以運(yùn)行RT-等實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)；相對(duì)于可運(yùn)行 Linux 操作系統(tǒng)的高端 CPU，其成本低，實(shí)時(shí)性強(qiáng)。這個(gè)定位使得 -M不僅占領(lǐng)了大部分中端控制器的市場(chǎng)，更是成為提升開(kāi)發(fā)者技術(shù)的優(yōu)良過(guò)渡平臺(tái)，為后續(xù)的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

-M 系列處理器偏重于工業(yè)控制，其提供了更低的功耗和更長(zhǎng)的電池壽命，提供了更少的代碼和更高的性能，并且提供了兼容性的代碼、統(tǒng)一的工具和操作系統(tǒng)支持，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

前面講述了-M的這么多優(yōu)勢(shì)，我想很多朋友都會(huì)對(duì)-M產(chǎn)生濃厚的興趣，而且-M系列的學(xué)習(xí)資源非常豐富，非常適合新手學(xué)習(xí)使用。

要想真正明白為何要學(xué)習(xí)-M，就需要了解嵌入式的知識(shí)結(jié)構(gòu)，讓讀者朋友對(duì)于嵌入式工程師有一個(gè)全面系統(tǒng)地了解，并在此基礎(chǔ)上引導(dǎo)工程師規(guī)劃自己職業(yè)生涯。

1.2.1 嵌入式技術(shù)知識(shí)結(jié)構(gòu)

嵌入式技術(shù)是專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)技術(shù)，它以應(yīng)用為核心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件均可裁剪，適用在對(duì)功能、穩(wěn)定性、功耗有嚴(yán)格要求的系統(tǒng)之中。嵌入式技術(shù)的開(kāi)發(fā)人員需要對(duì)整個(gè)計(jì)算機(jī)體系（從底層硬件到軟件操作系統(tǒng)）都有了解，而在這個(gè)體系之中，每個(gè)部分都可以分出一些小領(lǐng)域，因而技術(shù)要求很高。

這個(gè)圖只是粗略地概括了嵌入式技術(shù)的知識(shí)結(jié)構(gòu)，但從中已經(jīng)可以看出它涉及的知識(shí)面非常廣，難怪眾多學(xué)生甚至技術(shù)人員總是“迷茫”。不少電子專(zhuān)業(yè)出身的嵌入式技術(shù)人員主要從事硬件抽象層（中間層）的開(kāi)發(fā)，這一層是溝通嵌入式系統(tǒng)的硬件層和軟件操作系統(tǒng)的橋梁，因而主要的工作是開(kāi)發(fā)驅(qū)動(dòng)程序、板級(jí)應(yīng)用支持、協(xié)調(diào)軟硬件的開(kāi)發(fā)，因而對(duì)軟硬件都要有深入的了解。

1.2.2 嵌入式工程師成長(zhǎng)之路

1. 從學(xué)生成為工程師

若希望從事硬件抽象層的開(kāi)發(fā)，應(yīng)該如何學(xué)習(xí)這些知識(shí)，才能從學(xué)生過(guò)渡到工程師呢？對(duì)于希望成為其他方向的嵌入式技術(shù)人員也可以參考。從圖中可以看出，越往上層深入，就越接近于純軟件開(kāi)發(fā)，但這并不代表嵌入式技術(shù)人員就不需要了解硬件，相反，上層的知識(shí)都是以底層為基礎(chǔ)的，很多人說(shuō)的“做嵌入式軟件開(kāi)發(fā)至少要讀懂原理圖”就是這個(gè)道理。

2. 職業(yè)規(guī)劃

在嵌入式技術(shù)領(lǐng)域的公司，除了工程師還分很多職業(yè)崗位。一般公司的研發(fā)部門(mén)職位。

一般需要3 ~ 5年過(guò)渡到下一級(jí)的崗位，在小公司里項(xiàng)目經(jīng)理一般也兼任部門(mén)經(jīng)理。部門(mén)經(jīng)理不一定要懂技術(shù)，并不是非由項(xiàng)目經(jīng)理升職而成。直接與技術(shù)相關(guān)的是開(kāi)發(fā)工程師和系統(tǒng)架構(gòu)師，開(kāi)發(fā)工程師會(huì)針對(duì)嵌入式技術(shù)的不同領(lǐng)域有不同的區(qū)分。在小公司里，熟悉軟硬件的跨領(lǐng)域工程師很受歡迎，而大公司則分工明確，更看重在某領(lǐng)域研究得深入的開(kāi)發(fā)工程師。作為系統(tǒng)架構(gòu)師，則需要熟悉整個(gè)嵌入式領(lǐng)域，能夠協(xié)調(diào)不同領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)工程師進(jìn)行項(xiàng)目開(kāi)發(fā)。

對(duì)于職業(yè)規(guī)劃，不同的人有不同的見(jiàn)解，情況千差萬(wàn)別，以上所述僅供讀者參考。

1.3學(xué)習(xí)-M需要哪些基礎(chǔ)

首先要對(duì)C語(yǔ)言有一定的了解，不用學(xué)到精通，只要會(huì)使用一些簡(jiǎn)單的命令語(yǔ)句。比如賦值語(yǔ)句、if語(yǔ)句、for循環(huán)語(yǔ)句、while語(yǔ)句、一維數(shù)組、二維數(shù)組等。還有一點(diǎn)需要重點(diǎn)學(xué)習(xí)的是函數(shù)的定義、調(diào)用，參數(shù)的傳遞與參數(shù)的返回。推薦給大家一本學(xué)C語(yǔ)言的書(shū)籍《譚浩強(qiáng)C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)》，這本書(shū)也是很多大學(xué)里的教材，寫(xiě)的很詳細(xì)。當(dāng)然，還有就是林銳博士的《高質(zhì)量程序設(shè)計(jì)指南C++/C語(yǔ)言》，對(duì)C++/C語(yǔ)言進(jìn)行了更深入的論述，還有很多編程規(guī)范，很值得一讀。

當(dāng)你學(xué)會(huì)了C語(yǔ)言，說(shuō)明你已經(jīng)掌握了軟件的基礎(chǔ)了，接下來(lái)需要學(xué)習(xí)一些硬件的基礎(chǔ)知識(shí)。可以到書(shū)店買(mǎi)兩本數(shù)字電路與模擬電路相關(guān)的書(shū)籍，建議你不用學(xué)的太深，只要簡(jiǎn)單的了解能看懂原理圖就可以了，等到你真正到工作崗位上，大的公司里軟件開(kāi)發(fā)人員和硬件設(shè)計(jì)人員都是分開(kāi)的，只有專(zhuān)心做一件事情才能做的精益求精，有一個(gè)好的發(fā)展。如果你以前學(xué)過(guò)51單片機(jī)，你一定熟悉C語(yǔ)言、模擬電路和數(shù)字電路。那么你就可以直接學(xué)習(xí)-M。需要注意的是我們以前學(xué)習(xí)51單片機(jī)時(shí)都是直接操作寄存器，而現(xiàn)在我們學(xué)習(xí)-M大部分都是調(diào)用庫(kù)函數(shù)。

對(duì)初學(xué)者的要求是具有基本的單片機(jī)基礎(chǔ)，如 51、AVR 等，曾使用 C 語(yǔ)言寫(xiě)過(guò)單片機(jī)程序，但不需精通。讀者朋友在學(xué)習(xí) -M的時(shí)候，無(wú)需太擔(dān)心自己的基礎(chǔ)，我們更需要的是學(xué)習(xí)的勇氣，需要的是拿下 -M的決心。試問(wèn)，我們剛開(kāi)始學(xué)習(xí)最簡(jiǎn)單的單片機(jī)的時(shí)候，是不是也沒(méi)基礎(chǔ)呢，是不是因此就停止了自己學(xué)習(xí)的腳步了呢？不是的。我們需要做的是認(rèn)定一個(gè)目標(biāo)，行動(dòng)起來(lái)，堅(jiān)持朝向目標(biāo)的苦行，其中艱辛芳華，唯你自知。

1.4 如何學(xué)習(xí)-M

我想這個(gè)問(wèn)題恐怕很難回答，每個(gè)人的基礎(chǔ)不同，學(xué)習(xí)方法不同，自然學(xué)習(xí)起來(lái)的成效就會(huì)不一樣，但不管如何，學(xué)習(xí)-M步驟無(wú)外乎有以下幾步：

第一步：適應(yīng)使用固件庫(kù)的開(kāi)發(fā)方式，加強(qiáng)運(yùn)用 C 語(yǔ)言的能力，建立工程管理意識(shí)。

第二步：熟悉 -M 系列芯片架構(gòu)，了解 CMSIS 標(biāo)準(zhǔn)從51到arm—32位嵌入式系統(tǒng)入門(mén)，熟悉 -M的總線架構(gòu)。

第三步：掌握 I2C、SPI、SDIO、CAN、TCP/IP 等各種通信協(xié)議，掌握了這些協(xié)議，開(kāi)發(fā)軟件驅(qū)動(dòng)就變得相對(duì)容易了。

最后，為例便于大家學(xué)習(xí)，我將持續(xù)更新一系列關(guān)于-M的教程，以大家熟知的STM32為主進(jìn)行講解，但不僅限于STM32，也會(huì)講解一些國(guó)產(chǎn)的MCU，比如GD32。

整套教程主要分為五篇：

1.入門(mén)篇：主要介紹-M的基本概念，嵌入式開(kāi)發(fā)所需的硬件平臺(tái)、以及-M開(kāi)發(fā)環(huán)境的搭建與使用等。

2.基礎(chǔ)篇：主要幫助初學(xué)者快速上手 -M，介紹時(shí)鐘、中斷、存儲(chǔ)、模擬輸入輸出、串口通信、SPI、I2C等知識(shí)。以點(diǎn)亮 LED 燈的實(shí)例，從軟件工程的角度深入剖析什么是固件庫(kù)、為什么使用固件庫(kù)和怎樣使用固件庫(kù)；從固件庫(kù)、新建工程、編譯和下載程序出發(fā)，了解如何操作 GPIO從51到arm—32位嵌入式系統(tǒng)入門(mén)，讓新手步步為營(yíng)，盡享 -M的學(xué)習(xí)樂(lè)趣。該部分主要講解MCU的片上外設(shè)。

3.外設(shè)篇：對(duì)目前市面上常用的傳感器、通信設(shè)備等外設(shè)進(jìn)行分類(lèi)講解，這部分內(nèi)容的重點(diǎn)在于講解傳感器或通信設(shè)備所涉及的協(xié)議、以及外圍設(shè)備本身所涉及的相關(guān)知識(shí)。主要講解的是外圍芯片的使用方法。主要有24C04、FLASH芯片、紅外發(fā)射與接收、MP3、FM收音機(jī)、USB通訊、以太網(wǎng)、觸摸屏等外圍設(shè)備。

4.系統(tǒng)篇：以RT-作為開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，主要講解網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧、文件系統(tǒng)等比較復(fù)雜的內(nèi)容；

5.項(xiàng)目篇：主要講解一些嵌入式項(xiàng)目的基本流程和原理。

紙上得來(lái)終覺(jué)淺，絕知此事要躬行，學(xué)習(xí)嵌入式一定要實(shí)踐，我相信只要堅(jiān)持不懈，不放棄，堅(jiān)持不懈，那么你一定會(huì)成為一名-M高手。

☆ END ☆