CPU-如何开始在新的CPU上编程

https://mp.weixin.qq.com/s/rNXDPR53m--XuvJLE1CDvA

 

新在哪里？从未接触过。比如之前一直在x86、ARM上写程序，C比较多，汇编也调过。MIPS可能零零星星也看过几篇资料。然后来了个用PowerPC的项目，或者RISC-V的项目，茫茫然无可奈何不知所措。

 

这里介绍CPU相关的概念，需要哪些资料，可以没有概念上的缺口，踏踏实实的开始为一个于己而言全新的CPU编写代码。

 

一. CPU

CPU即中央处理器，执行一系列指令，完成处理任务。CPU即是指令执行器，包含了为执行各种指令所需要的模块，如数学运算单元ALU、指令编译码器、寄存器、移位寄存器、计数器等基础组成部分，还有L1/L2 Cache, MMU等现代CPU而言也算基础的单元。

 

二. SoC

System on Chip: 片上系统，为了提升集成度，降低PCB电路板上的芯片器件数量，把相当一部分芯片和CPU封装到一起，即成为SoC。被封装的器件成为SoC的模块，如USB, Eth MAC/PHY, WIFI(802.11), NFC, Bluetooth, GPS模块, 除了片上内存之外，Flash也可以集成进去，等等。

 

三. ISA

Instruction Set Architecture：指令集架构。规定了每条指令的格式和作用等。基本上，每个指令集都包含数学运算、移位、跳转、内存访问等指令，有一些还包含多媒体处理、压缩解压缩等领域能力增强指令。

 

ISA由以下几个模型组成：

1.Register Model

指令必然用到寄存器，寄存器有多少、如何组织等，属于寄存器模型的内容。

 

2.Intstruction Model

指令的种类、格式、作用等。根据指令格式是否固定，可以分为复杂指令集和精简指令集，即CISC和RISC。

 

3.Interrupt Model

如何响应外部世界变化？有主动和被动两种方式。具体到CPU而言：

a. 主动轮询是否存在外部事件需要响应；

b. 被外部事件中断；

细细思量之下，中断即使在一条指令未执行完成时发生，也无法立即得到响应，而是需要在当前指令执行完毕之后，去查看是否有中断发生，如果有则进行响应。所以中断其实也是轮询，只不过轮询的周期为每执行一条指令轮询一次。外因通过内因起作用，也可以理解。

 

中断模型定义：

a. 要处理的内部错误和外部中断的种类;

b. 处理方式是否分为常规和快速处理模式；

c. 中断是否有优先级，是否能够打断，是否能够嵌套等；

 

与CPU的关系

常见的ISA有x86, ARM, MIPS, PowerPC等，其他早期的有Alpha，新生的有RISC-V等。

一般而言，每种CPU只基于某一种特定的ISA，而ISA可以有很多CPU实现。如i386/i586, Core i3/i5/i7都基于x86，AMD的CPU也基于x86。

当然也有例外，比如龙心Loongson主要基于MIPS，同时也实现了x86指令的译码（揣测，未确认）。

 

四. ABI

Application Binary Interface 应用二进制接口。区别于Application Programming Interface(API)，ABI规定了如何使用ISA规定的指令集和寄存器进行编程，如哪一个寄存器用作栈指针，哪一个传递函数返回值，哪几个传递函数入参等。

可见，ABI与ISA对应，而非CPU。

 

五. 开始编程

需要资料如下：

1. SoC文档：内存地址空间划分，初始化流程，各个模块的寄存器定义；

1. CPU文档：包含哪些模块以及如何配置使用：MMU如何配置，Cache怎么刷等；

1. ISA文档：寄存器模型、指令的作用等；

1. ISA对应的ABI规范：使用寄存器时有哪些注意事项；如PPCEABI，System V ABI，System V Application Binary Interface - Intel386 Architecture Processor Supplement，System V Application Binary Interface - PowerPC Processor Supplement。

1. 编译工具链资料：汇编器、编译器、链接器；