單片機快速啟動的實現(xiàn)

嵌入式系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗等均有嚴格要求，以ARM體系結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的各種RISC微處理器具有靈活的特性和強大的性能，在嵌入式系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。---S3C2410是三星公司基于ARM920T設(shè)計的一款處理器，在開發(fā)基于S3C2410的系統(tǒng)的過程中，如何讓系統(tǒng)快速穩(wěn)定地啟動是一個重要問題。嵌入式系統(tǒng)的資源有限，程序通常都是固化在ROM中運行。但在實際應(yīng)用中，為提高系統(tǒng)的實時性，加快代碼的執(zhí)行速度，系統(tǒng)啟動后程序往往要被搬移到RAM中，因為RAM的存取速度要比ROM快得多，這樣大大提升系統(tǒng)的性能。啟動程序要完成的任務(wù)包括：硬件初始化，系統(tǒng)存儲系統(tǒng)的配置，復(fù)制二級中斷向量表。

啟動程序過程

系統(tǒng)硬件初始化

系統(tǒng)上電或復(fù)位后，程序從位于地址0x0的Reset Exception Vec
tor處開始執(zhí)行，因此需要在這里放置Bootloader的第一條指令：b ResetHandler，跳轉(zhuǎn)到標號為ResetHandler處進行第一階段的硬件初始化，主要內(nèi)容為：關(guān)看門狗定時器，關(guān)中斷，初始化PLL和時鐘，初始化存儲器系統(tǒng)。執(zhí)行完以上程序后，系統(tǒng)進行堆棧和存儲器的初始化。系統(tǒng)堆棧初始化取決于用戶使用了哪些中斷，以及系統(tǒng)需要處理哪些錯誤類型。一般情況下，管理者堆棧必須設(shè)置，如果使用了IRQ中斷，則IRQ堆棧也必須設(shè)置。如果系統(tǒng)使用了外設(shè)，則需要設(shè)置相關(guān)的寄存器，以確定其刷新頻率、總線寬度等信息。

代碼段復(fù)制到RAM中運行

因為嵌入式系統(tǒng)的代碼通常都是固化在ROM或者Flash中，上電后開始運行。由于ROM和Flash的讀取速度相對較慢，這樣無疑會降低代碼的執(zhí)行速度和系統(tǒng)的運行效率。為此，需要把系統(tǒng)的代碼復(fù)制到RAM中運行。使用SDT鏈接器ARMLink產(chǎn)生的定位信息，把RO的有效代碼和數(shù)據(jù)段到RAM中。ARMLink將編譯后的程序鏈接成ELF文件。映像文件內(nèi)部共有三種輸出段：RO段、RW段和ZI段。這三種輸出段分別包含了只讀代碼及包含在代碼段中的少量數(shù)據(jù)、可讀寫的數(shù)據(jù)、初始化為0的數(shù)據(jù)，ARMLink同時還產(chǎn)生了這三種輸出段的起始和終止定位信息：Image$$RO$$Base、Image$$RO$$Limit、Image$$RW$$Base、Image$$Limit、Image$$Linit和Image$$ZI$$Limit?？梢栽诔绦蛑惺褂眠@些定位信息。將ROM中的代碼和數(shù)據(jù)搬移到RAM中，具體程序如下。




BNE %B0 /*如果沒有復(fù)制完，跳轉(zhuǎn)到0標示符處的匯編語句，繼續(xù)復(fù)制，參見ARM指令幫助手冊

建立二級中斷向量表

在ARM系統(tǒng)中，中斷向量表位于0X0開始的地址處，意味著無論運行什么樣的上層軟件，一旦發(fā)生中斷，程序就得到Flash存儲器中的中斷向量表里去，降低系統(tǒng)的運行效率。因此在RAM中建立自己的二級中斷向量表，當中斷發(fā)生后，程序直接從RAM中取中斷向量進入中斷子程序。尤其是在中斷頻繁發(fā)生的系統(tǒng)里，這種方法可以大大提高系統(tǒng)的運行效率，具體的實現(xiàn)代碼如下





其中HANDLER是一個宏，用于查找中斷處理程序的入口地址。這些地址存放在由HandleXXX指向的表項中，該表定位在RAM高端，基地址為_ISR_STARTADDRESS





MMU的應(yīng)用

MMU是存儲器管理單元的縮寫，是用來管理虛擬內(nèi)存系統(tǒng)的器件。MMU通常是CPU的一部分，本身有少量存儲空間存放從虛擬地址到物理地址的匹配表，此表稱作TLB(轉(zhuǎn)換旁置緩沖區(qū))。所有數(shù)據(jù)請求都送往MMU，由MMU決定數(shù)據(jù)是在RAM內(nèi)還是在大容量外部存儲器設(shè)備內(nèi)。如果數(shù)據(jù)不在存儲空間內(nèi)，MMU將產(chǎn)生頁面錯誤中斷。MMU存儲器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)允許對存儲器系統(tǒng)的精細控制，大部分的控制細節(jié)由存在存儲器中的轉(zhuǎn)換表提供。這些表的入口定義了從1KB～1MB的各種存儲器區(qū)域的屬性。MMU完成的兩個主要功能是：將虛地址轉(zhuǎn)換成物理地址，控制存儲器存取允許。MMU關(guān)掉時，虛地址直接輸出到物理地址總線。

經(jīng)過以上的分析可以發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)啟動程序主要是完成了硬件的初始化，以及克服Flash或ROM讀取速度慢的弱點，提高指令和數(shù)據(jù)的讀取速度，實現(xiàn)系統(tǒng)的高速運行，并且通過MMU的應(yīng)用，減少RAM的使用，降低系統(tǒng)成本。


參考文獻
1 S3C2410數(shù)據(jù)手冊
2 ARM920T數(shù)據(jù)手冊
3 王京林.ARM7在嵌入式應(yīng)用中啟動程序的實現(xiàn)