IAR集成開發(fā)平臺(tái)的ARM程序設(shè)計(jì)方法
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關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng);IAR;ARM;中斷控制
引言
在項(xiàng)目開發(fā),特別是中小型項(xiàng)目開發(fā)中,為了降低開發(fā)難度和開發(fā)成本,常選擇不加載操作系統(tǒng)的方案。本文選擇IAR嵌入式開發(fā)平臺(tái),在不加載操作系統(tǒng)的前提下,使用C語言（約95％）和匯編語言（約5％）,對以ATMEL公司的AT91M40800芯片（ARM7TDMI內(nèi)核）為主芯片的工業(yè)控制系統(tǒng)進(jìn)行了軟件開發(fā)。
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硬件構(gòu)架
系統(tǒng)的整體硬件框架如圖1所示,該系統(tǒng)基本包括了目前工業(yè)控制系統(tǒng)所需要的各種功能,其軟件開發(fā)十分具有代表性。
IAR集成開發(fā)環(huán)境
IAR開發(fā)平臺(tái)是瑞典IAR公司開發(fā)的基于最新C/C++編譯和調(diào)試技術(shù)的綜合開發(fā)平臺(tái)。該平臺(tái)是一套完整的集成開發(fā)環(huán)境,可以完成創(chuàng)建工程、編輯文件、編譯、匯編、連接和調(diào)試應(yīng)用程序的所有工作;同一個(gè)工作空間可放多個(gè)工程;可針對單個(gè)源文件,一組源文件或者全部源文件進(jìn)行配置;提供工程模板,支持幾乎所有ARM內(nèi)核;提供ANSI標(biāo)準(zhǔn)C編譯器、ISO/ANSI C 和嵌入式C++庫;支持包括Wiggler JTAG接口等多種JTAG;提供了多種代碼優(yōu)化方式。
IAR生成的目標(biāo)代碼分為調(diào)試版本（Debug）和發(fā)行版本（Release）兩種。其中Debug目標(biāo)代碼的地址定義在SRAM中,將被下載到SRAM中執(zhí)行;Release目標(biāo)代碼的地址定義在Flash中,最終大部分在Flash中執(zhí)行。在程序編譯之前需要根據(jù)模板編寫Debug.xcl和Release.xcl這兩個(gè)內(nèi)存分配文件。在IAR提供的工程模板基礎(chǔ)上,需要修改的地方有：
-DROMSTART=2000000
-DROMEND=200FFFF
//ROM的地址段
-Z(CODE)INTVEC=00-3F
-DRAMSTART=2010000
-DRAMEND=207FFFF
//RAM的地址段
-D_USR_STACK_SIZE=20000
//棧的大小
-D_SVC_STACK_SIZE=50
-D_FIQ_STACK_SIZE=100
-D_ABT_STACK_SIZE=50
-D_UND_STACK_SIZE=50
-D_IRQ_STACK_SIZE=1000
-D_HEAP_SIZE=2000
//堆的大小
啟動(dòng)代碼設(shè)計(jì)
通常C語言是從main函數(shù)開始執(zhí)行的,在沒有操作系統(tǒng)的情況下,對main函數(shù)的初始化工作由啟動(dòng)代碼來完成,包括硬件初始化、堆棧初始化、各種寄存器的初始化等。
在完成所有的初始化工作以后,用一條跳轉(zhuǎn)指令進(jìn)入C程序的main函數(shù),程序的控制權(quán)轉(zhuǎn)移到C程序。
驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)
系統(tǒng)的軟件框架如圖2所示。驅(qū)動(dòng)程序包括設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、中斷程序以及中斷服務(wù)程序。首先以Flash驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)為例。根據(jù)Flash的Datasheet及硬件設(shè)計(jì),有以下定義：
#define FLASH_BASE ((volatile USHORT *)(0x01000000))
/*FLASH的基地址*/
/*定義flash的操作代碼*/
#define FLASH_SEQ_ADD1 (0x5555)
#define FLASH_SEQ_ADD2 (0x2AAA)
#define FLASH_CODE1 ((USHORT)(0xAA))
#define FLASH_CODE2 ((USHORT)(0x55))
#define ID_IN_CODE ((USHORT)(0x90))
#define ID_OUT_CODE ((USHORT)(0xF0))
#define WRITE_CODE ((USHORT)(0xA0))
#define CHIP_ERASE_CODE ((USHORT)(0x10))
然后編寫FLASH功能函數(shù)。下面的函數(shù)用于驗(yàn)證FLASH的設(shè)備ID號(hào)：
-ramfunc-farfunc BOOL FLASH_Test(void)
{
//輸入命令序列,manuf_code表示生產(chǎn)編號(hào),device_code表示設(shè)備編號(hào)
USHORT manuf_code,device_ code;
*(FLASH_BASE + FLASH_ SEQ_ADD1) = FLASH_CODE1;
*(FLASH_BASE + FLASH_ SEQ_ADD2) = FLASH_CODE2;
*(FLASH_BASE + FLASH_ SEQ_ADD1) = ID_IN_CODE;
//讀取生產(chǎn)編號(hào)和設(shè)備編號(hào)
manuf_code = *FLASH_BASE ;
device_code = *(FLASH_BASE + 1) ;
//退出產(chǎn)品認(rèn)證模式
*(FLASH_BASE + FLASH_ SEQ_ADD1) = ID_OUT_CODE;
//判斷讀出的生產(chǎn)編號(hào)和設(shè)備編號(hào)是否正確
return ((manuf_code== 0x001f)&&(device_code==0x00c0));
}
中斷發(fā)生時(shí),ARM內(nèi)核運(yùn)行狀態(tài)會(huì)由一般模式（System & User）進(jìn)入其它幾種模式（包括FIQ、IRQ等）,因此需要保護(hù)正在運(yùn)行的現(xiàn)場（r0~r12通用寄存器）,同時(shí)將ARM狀態(tài)寄存器（CPSR和SPSR）入棧。中斷程序使用匯編語言保護(hù)寄存器,而中斷服務(wù)程序可以使用C語言編寫。這里以控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)的定時(shí)器中斷為例：
tc0_handler
stmfd sp!, {r14}
;保護(hù)寄存器入棧
mrs r14, SPSR
stmfd sp!, {r14}
mrs r14, CPSR
stmfd sp!, {r0-r12,r14}
IMPORT Interrupt_Tc0
ldr r0,=Interrupt_Tc0
;此處跳轉(zhuǎn)進(jìn)入C語言中斷服務(wù)程序Interrupt_Tc0( )
mov lr,pc
bx r0
IntExit
;中斷服務(wù)程序完畢
ldmia sp!,{r0-r12,r14}
;恢復(fù)現(xiàn)場
msr CPSR_cxsf, r14
ldmia sp!,{r14}
msr SPSR_cxsf,r14
ldmia sp!, {r14}
subs pc,lr,#4
值得注意的是,ARM的除法運(yùn)算采用軟件除法方式,會(huì)用到r14寄存器,所以也必須加以保護(hù),在中斷服務(wù)程序完畢后恢復(fù)現(xiàn)場,將寄存器依次出棧。
結(jié)語
在本系統(tǒng)的開發(fā)過程中有如下體會(huì)：
1、盡量少用占用大量存儲(chǔ)空間的變量（如int buffer[4096]）,系統(tǒng)開銷太大,可能造成系統(tǒng)崩潰。
2、慎重使用malloc()這樣的內(nèi)存分配函數(shù)。如果使用,一定要在使用完畢后調(diào)用free()函數(shù)釋放內(nèi)存空間,否則容易造成內(nèi)存泄漏,甚至系統(tǒng)崩潰。
3、要注意IAR編譯器的所有警告信息,仔細(xì)查看警告信息的意義。
4、一些經(jīng)常調(diào)用且需要快速處理的模塊,考慮使用匯編完成。
5、生成 Release版本目標(biāo)代碼時(shí),Release目錄下的exe目錄內(nèi)即為目標(biāo)文件,而List目錄內(nèi)的*.map文件包含了目標(biāo)文件內(nèi)存分配的具體情況,可以根據(jù)里面的信息判斷內(nèi)存分配是否存在問題。
按照以上開發(fā)方式開發(fā)出的某款工控產(chǎn)品,經(jīng)過了嚴(yán)格測試后,已經(jīng)推向市場,其可靠性和穩(wěn)定性均得到了驗(yàn)證
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