LV01-03-Cortex-A7架构-02-处理器简介与运行模型
本文主要是Cortex-A7架构的处理器简介和运行模型的相关笔记，若笔记中有错误或者不合适的地方，欢迎批评指正😃。
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| Windows版本 | windows11 |
| Ubuntu版本 | Ubuntu16.04的64位版本 |
| VMware® Workstation 16 Pro | 16.2.3 build-19376536 |
| 终端软件 | MobaXterm(Professional Edition v23.0 Build 5042 (license)) |
| Linux开发板 | 正点原子 i.MX6ULL Linux 阿尔法开发板 |
| uboot | NXP官方提供的uboot，NXP提供的版本为uboot-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga(使用的uboot版本为U-Boot 2016.03) |
| linux内核 | linux-4.15(NXP官方提供) |
| Win32DiskImager | Win32DiskImager v1.0 |
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| ARM | Cortex-A7 MPCore Technical Reference Manual | Cortex-A7 MPCore技术参考手册 |
| ARM Architecture Reference Manual ARMv7-A and ARMv7-R edition | ARM架构参考手册ARMv7-A和ARMv7-R版 | |
| Arm Generic Interrupt Controller Architecture Specification- version 3 and version 4 | Arm通用中断控制器架构规范-版本3和版本4 | |
| ARM Generic Interrupt Controller Architecture Specification - Version 2.0 | Arm通用中断控制器架构规范-版本2.0 | |
| ARM Cortex-A Series Programmer's Guide for ARMv7-A | Cortex-A系列ARMv7-A编程指南 |
一、Cortex-A7 MPCore 简介
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，比如玩游戏啥的，Cortex-A7 负责普通应用，因为 CortexA7 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 0.45mm2(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”。
Cortex-A7 MPCore 支持在一个处理器上选配 1~4 个内核， Cortex-A7 MPCore 多核配置如图 ：
Cortex-A7 MPCore 的 L1 可选择 8KB、 16KB、 32KB、 64KB， L2 Cache 可以不配，也可以选择 128KB、 256KB、 512KB、 1024KB。 I.MX6UL 配置了 32KB 的 L1 指令 Cache 和 32KB 的L1 数据 Cache，以及 128KB 的 L2 Cache。 Cortex-A7MPCore 使用 ARMv7-A 架构，主要特性如下：
（1） SIMDv2 扩展整形和浮点向量操作。
（2）提供了与 ARM VFPv4 体系结构兼容的高性能的单双精度浮点指令，支持全功能的IEEE754。
（3）支持大物理扩展(LPAE)，最高可以访问 40 位存储地址，也就是最高可以支持 1TB 的内存。
（4）支持硬件虚拟化。
（5）支持 Generic Interrupt Controller(GIC)V2.0。
（6）支持 NEON，可以加速多媒体和信号处理算法。
二、Cortex-A 处理器运行模型
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，如表所示：
| 模式 | 描述 |
|---|---|
| User(USR) | 用户模式，非特权模式，大部分程序运行的时候就处于此模式。 |
| FIQ | 快速中断模式，进入 FIQ 中断异常 |
| IRQ | 一般中断模式。 |
| Supervisor(SVC) | 超级管理员模式，特权模式，供操作系统使用。 |
| Monitor(MON) | 这个模式用于安全扩展模式。 |
| Abort(ABT) | 数据访问终止模式，用于虚拟存储以及存储保护。 |
| Hyp(HYP) | 用于虚拟化扩展。 |
| Undef(UND) | 未定义指令终止模式。 |
| System(SYS) | 系统模式，用于运行特权级的操作系统任务 |
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。所谓“运行模式”，可以这样简单理解：
（1）板子上电时， CPU 处于 SVC 模式，它用的是 SVC 模式下的寄存器。
（2）程序运行时发生了中断， CPU 进入 IRQ 模式，它用的 IRQ 模式下的寄存器。
（3）CPU 处理完中断，它切换回 SVC 模式，继续使用 SVC 模式下的寄存器。
（4）CPU 发生某种异常时，比如读取内存出错，它会进入 ABT 模式，使用 ABT模式下的寄存器来处理错误。
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中，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。