在MPC555中實現(xiàn)從RAM的快速引導(dǎo)
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摘要：介紹了PowerPC系列微處理器的異常和中斷。同時以MPC555為例對嵌入式系統(tǒng)從ROM和RAM中的引導(dǎo)特點及技術(shù)實現(xiàn)方法進(jìn)行了比較，給出了MPC555從RAM快速引導(dǎo)的實現(xiàn)方法。 關(guān)鍵詞：MPC555；BOOT；異常向量；中斷；映射 １ 引言 嵌入式系統(tǒng)是以各種嵌入式微處理器為內(nèi)核的計算機(jī)控制系統(tǒng)。它是計算機(jī)硬件和軟件的集合體?通常是為了嵌入到對象體系中完成某種特定功能而設(shè)計的。ＭＰＣ５５５是摩托羅拉ＭＰＣ５００ ＰｏｗｅｒＰＣ精簡指令集類３２位微處理器。它能在－４５℃～１２５℃惡劣環(huán)境下工作，其工作時鐘可達(dá)４０ＭＨｚ。ＭＰＣ５５５具有強(qiáng)大的浮點計算處理能力并支持復(fù)雜的算法。該器件具有多個獨立的通訊和時間處理模塊，內(nèi)部帶有４４８ｋ字節(jié)的ｆｌａｓｈ，因此，該產(chǎn)品即使在個人手中，也可隨時更新升級。ＭＰＣ５５５兼有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)ＪＴＡＧ和ＢＤＭ接口，從而使產(chǎn)品硬件和軟件的調(diào)試和試驗更加方便快捷。ＭＰＣ５５５已經(jīng)在航空航天、汽車制造、繼電保護(hù)等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。 由于在產(chǎn)品開發(fā)的后期，通常需要把程序用仿真器燒錄到ＲＯＭ中，但程序在ＲＯＭ中的運行速度低于在ＲＡＭ中的運行速度。為了提高程序的運行速度，往往需要在上電初始化階段把ＲＯＭ中的程序復(fù)制到ＲＡＭ中去，或者通過雙重映射把ＲＯＭ的地址映射到外部ＲＡＭ。本文以ＭＰＣ５５５為例，給出了從ＲＡＭ中將程序快速引導(dǎo)運行的具體實現(xiàn)方法。 ２．１ 異常與中斷 異常通常是指改變正常的程序流和機(jī)器狀態(tài)的事件。比如系統(tǒng)復(fù)位、遞減器過零、系統(tǒng)調(diào)用指令、各種總線錯誤等。當(dāng)一個異常事件發(fā)生時，通常會發(fā)生一個快速的硬件設(shè)備的轉(zhuǎn)換或處理器分支到一個地址（異常向量），且一種異常類型對應(yīng)一個地址的情況下。 中斷是異常的一種類型，通常由外部中斷輸入引腳或者裝置的中斷請求所引起。在ＰｏｗｅｒＰＣ結(jié)構(gòu)中，所有的中斷都分享一個異常向量偏移，稱為“外部中斷”，通常映射的偏移地址為０ｘ５００。 ２．２ 異常向量和異常向量表 異常發(fā)生后，首先被識別，然后機(jī)器的即時狀態(tài)被保存，這時處理器從某一地址開始執(zhí)行，異常向量就是這個地址。與６８０００結(jié)構(gòu)不同（它的向量是指針），ＰｏｗｅｒＰＣ的向量是固定的地址。每一個異常都有它自己的異常向量，異常向量等于基址和向量偏移量之和。異常基址通常是０ｘ０或者是０ｘＦＦＦ０００００，這取決于ＭＳＲ[ＩＰ]位的設(shè)置。表１所列是ＭＰＣ５５５的異常向量表。其中ＮＭＩ指的是非屏蔽性中斷。
表2 復(fù)位配置字的選擇
２．３ 復(fù)位配置字 在上電或者復(fù)位后，微處理器首先讀取復(fù)位配置字，復(fù)位配置字由３種啟動工作模式?jīng)Q定： （１） 外部數(shù)據(jù)總線引腳 ＤＡＴＡ?０：３１?； （２） 內(nèi)部的默認(rèn)常量（０ｘ００００００００）； （３） 內(nèi)部ＮＶＭ 寄存器值（ＣＭＦＣＦＩＧ）； 表２給出了復(fù)位配置字的選擇方法。通常選擇第三種，即事先用仿真器把配置字寫入寄存器ＣＭ-ＦＣＦＩＧ。并用ＣＭＦＣＦＩＧ中的ＩＰ位決定程序的入口地址，若ＩＰ 等于０，則入口地址為０ｘ０，若ＩＰ等于１，則入口地址為０ｘｆｆｆ０００００。 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用程序一般都是被固化在ＲＯＭ中運行的。通?？捎脜R編語言編寫啟動程序來完成系統(tǒng)的硬件以及軟件運行環(huán)境的初始化。啟動和應(yīng)用程序可一起固化在ＲＯＭ中?以使系統(tǒng)在上電和復(fù)位時能夠自動跳轉(zhuǎn)到復(fù)位異常向量入口地址處開始執(zhí)行程序。 在源文件編譯鏈接生成的目標(biāo)文件中，代碼、數(shù)據(jù)放在不同的段中。而目標(biāo)文件中的．ｄａｔａ 段則以系統(tǒng)ＲＡＭ為參考地址，所以在系統(tǒng)啟動時需要拷貝ＲＯＭ中的．ｄａｔａ到ＲＡＭ，以完成ＲＡＭ的初始化。 ３ 從ＲＡＭ快速引導(dǎo)運行的實現(xiàn)方法 ３．１ 雙重映射法 如果程序被燒錄到微處理器的內(nèi)部ＲＯＭ， 可以通過ＭＰＣ５５５的特有功能――雙重映射法把內(nèi)部ＦＬＡＳＨ的地址映射到外部ＲＡＭ，以實現(xiàn)快速引導(dǎo)運行。在使能雙重映射功能時，內(nèi)部 ＦＬＡＳＨ區(qū)對應(yīng)的地址不起作用，而映射的外部ＲＡＭ區(qū)地址起作用。 具體操作時，首先把程序燒錄到內(nèi)部ＦＬＡＳＨ，然后在上電時把程序從內(nèi)部ＦＬＡＳＨ拷貝到外部ＲＡＭ，最后再使能微處理器的雙重映射功能。這樣，程序就可以在外部ＲＡＭ中運行了。圖１所示是其流程圖。具體的程序代碼如下： ＩＮＴ Ｖｅｃｔｏｒｓ? ／＊ 系統(tǒng)復(fù)位 ＊／ ．ｓｋｉｐ ０ｘ０１００ ?． ＩＮＴ Ｖｅｃｔｏｒｓ? ｓｔａｒｔ? ＃ ／＊設(shè)置ＲＡＭ 和 ＲＯＭ 存儲區(qū)＊／ ＃ ／＊ＯＲ２＝０ｘＦＦＦ０００００片選ＲＡＭ 大小 １Ｍ＊／ ｌｉｓ ｒ５? ０ｘｆｆｆ０ ｏｒｉ ｒ５? ｒ５? ０ｘ００００ ｌｉｓ ｒ４? ＯＲ２＠ｈａ ｓｔｗ ｒ５? ＯＲ２＠ｌ?ｒ４? ＃ ／＊ ＢＲ２＝０ｘ０４００００３ ＲＡＭ基址 ０Ｘ４０００００ ３２位口大小 ＊／ ｌｉｓ ｒ５? ０ｘ４０ ｏｒｉ ｒ５? ｒ５? ０ｘ０００３ ｌｉｓ ｒ４? ＢＲ２＠ｈａ ｓｔｗ ｒ５? ＢＲ２＠ｌ?ｒ４? ＃ ／＊ 拷貝內(nèi)部Ｆｌａｓｈ 到外部ＲＡＭ ＊／ ｌｉ ｒ６?０ｘ０ ｌｉｓ ｒ４?０ｘ４０ ｏｒｉ ｒ４?ｒ４?０ｘ００００ ｌｉｓ ｒ５?０ｘｆｆｆ０ ｏｒｉ ｒ５?ｒ５?０ｘ０ ｌｏｏｐ １? ｌｈｚｘ ｒ７?ｒ６?ｒ５ ｓｔｈｘ ｒ７?ｒ６?ｒ４ ａｄｄｉ ｒ６?ｒ６?０ｘ２ ｌｉ ｒ８?０ｘｂ００ ｃｍｐ ｒ６?ｒ８ ｂｎｅ ｌｏｏｐ １ ＃ ／＊ 使ＣＳ２的片選區(qū)無效 ＊／ ＃ ／＊ ＢＲ２＝０ｘ０４００００３ 基本寄存器２ ＊／ ｌｉｓ ｒ５? ０ｘｆｆｆ０ ｏｒｉ ｒ５? ｒ５? ０ｘ００００ ｌｉｓ ｒ４? ＢＲ２＠ｈａ ｓｔｗ ｒ５? ＢＲ２＠ｌ?ｒ４? ＃ ／＊ 雙重映射使能 ＊／ ＃ ／＊ ＤＭＯＲ＝０ｘＦＦＦ０００００ 片選雙重映射區(qū) 大小 ２５６ｋ ＊／ ｌｉｓ ｒ５? ０ｘ７０００ ｏｒｉ ｒ５? ｒ５? ０ｘ００００ ｌｉｓ ｒ４? ＯＲ２＠ｈａ ｓｔｗ ｒ５? ＯＲ２＠ｌ?ｒ４? ＃ ／＊ ＤＭＢＲ＝０ｘ０４００００３ 雙重映射區(qū)基址 ０Ｘ０ ３２位口大小 ＊／ ｌｉｓ ｒ５? ０ｘ０ ｏｒｉ ｒ５? ｒ５? ０ｘ０００５ ｌｉｓ ｒ４? ＢＲ２＠ｈａ ｓｔｗ ｒ５? ＢＲ２＠ｌ?ｒ４? ｂａ ＩＮＴ Ｉｎｉｔｉａｌｉｚｅ … ３．２ 復(fù)制法 對于與ＭＰＣ５００同系列中的ＭＰＣ５６１和ＭＰＣ５６２等芯片，由于微處理器內(nèi)部沒有ＲＯＭ，所以必須外擴(kuò)ＲＯＭ。在這種情況下，可以把程序燒錄到外部ＲＯＭ，然后在上電時再把程序從外部ＲＯＭ拷貝到外部ＲＡＭ中，從而使程序能夠在外部ＲＡＭ中運行。以ＭＰＣ５５５為例的流程圖如圖２所示。 在這種方法中，程序僅在重新配置存儲區(qū)前運行在外部ＲＯＭ，而在重新配置存儲區(qū)后運行在外部ＲＡＭ中，因此提高了程序的運行速度。該方法在操作時，首先把程序用仿真器燒錄到外部ＦＡＬＳＨ，入口地址為０ｘｆｆｆ０００００，然后脫機(jī)運行。本例中，外部ＦＬＡＳＨ是１６位總線，外部ＲＡＭ是３２位總線。下面以ＭＰＣ５５５為例給出具體程序代碼。 ＩＮＴ Ｖｅｃｔｏｒｓ? ／＊ 系統(tǒng)復(fù)位 ＊／ ．ｓｋｉｐ ０ｘ０１００－?．－ＩＮＴ Ｖｅｃｔｏｒｓ? ｓｔａｒｔ? ＃ ／＊ 設(shè)置ＲＡＭ 和 ＲＯＭ 存儲區(qū) ＊／ ＃ ／＊ＯＲ２＝０ｘＦＦＦ０００００片選ＲＡＭ 大小 １Ｍ＊／ ｌｉｓ ｒ５? ０ｘｆｆｆ０ ｏｒｉ ｒ５? ｒ５? ０ｘ００００ ｌｉｓ ｒ４? ＯＲ２＠ｈａ ｓｔｗ ｒ５? ＯＲ２＠ｌ?ｒ４? ＃ ／＊ ＢＲ２＝０ｘ０４００００３ ＲＡＭ基址 ０Ｘ４０００００ ３２位口大小 ＊／ ｌｉｓ ｒ５? ０ｘ４０ ｏｒｉ ｒ５? ｒ５? ０ｘ０００３ ｌｉｓ ｒ４? ＢＲ２＠ｈａ ｓｔｗ ｒ５? ＢＲ２＠ｌ?ｒ４? ＃ ／＊ＯＲ０＝０Ｘｆｆｆ８００００片選ＦＬＡＳＨ 大小 ５１２ｋ＊／ ｌｉｓ ｒ５? ０ｘｆｆｆ８ ｏｒｉ ｒ５? ｒ５? ０ｘ００００ ｌｉｓ ｒ４? ＯＲ２＠ｈａ ｓｔｗ ｒ５? ＯＲ２＠ｌ?ｒ４? ＃ ／＊ ＢＲ０＝０ｘｆｆｆ００８０３ ＲＡＭ基址 ０Ｘｆｆｆ０００００ １６位口大小 ＊／ ｌｉｓ ｒ５? ０ｘｆｆｆ０ ｏｒｉ ｒ５? ｒ５? ０ｘ０８０３ ｌｉｓ ｒ４? ＢＲ２＠ｈａ ｓｔｗ ｒ５? ＢＲ２＠ｌ?ｒ４? ＃ ／＊ 拷貝外部Ｆｌａｓｈ到外部ＲＡＭ ＊／ ｌｉ ｒ６?０ｘ０ ｌｉｓ ｒ４?０ｘ４０ ｏｒｉ ｒ４?ｒ４?０ｘ００００ ｌｉｓ ｒ５?０ｘｆｆｆ０ ｏｒｉ ｒ５?ｒ５?０ｘ０ ｌｏｏｐ １? ｌｈｚｘ ｒ７?ｒ６?ｒ５ ｓｔｈｘ ｒ７?ｒ６?ｒ４ ａｄｄｉ ｒ６?ｒ６?０ｘ２ ｌｉ ｒ８?０ｘｂ００ ｃｍｐ ｒ６?ｒ８ ｂｎｅ ｌｏｏｐ＿１ ＃ ／＊ 重新分配存儲區(qū) ＊／ ＃ ／＊ ＢＲ０＝０ｘ６００８０３ ＊／ ｌｉｓ ｒ５? ０ｘ６０ ｏｒｉ ｒ５? ｒ５? ０ｘ０８０３ ｌｉｓ ｒ４? ＢＲ０＠ｈａ ｓｔｗ ｒ５? ＢＲ０＠ｌ?ｒ４? ＃ ／＊ ＯＲ０＝０ｘＦＦｆ８００００ 片選ｆｌａｓｈ ５１２ｋ １個時鐘等周期 ＊／ ｌｉｓ ｒ５? ０ｘｆｆｆ８ ｏｒｉ ｒ５? ｒ５? ０ｘ０００３ ｌｉｓ ｒ４? ＯＲ０＠ｈａ ｓｔｗ ｒ５? ＯＲ０＠ｌ?ｒ４? ＃ ／＊ ＯＲ２＝０ｘＦＦＦ０００００ 片選ＲＡＭ １Ｍ ＊／ ｌｉｓ ｒ５? ０ｘｆｆｆ０ ｏｒｉ ｒ５? ｒ５? ０ｘ００００ ｌｉｓ ｒ４? ＯＲ２＠ｈａ ｓｔｗ ｒ５? ＯＲ２＠ｌ?ｒ４? ＃ ／＊ ＢＲ２＝０ｘｆｆｆ００００３ 基址 ０Ｘｆｆｆ０００００ ３２位口大小 ＊／ ｌｉｓ ｒ５? ０ｘｆｆｆ０ ｏｒｉ ｒ５? ｒ５? ０ｘ０００３ ｌｉｓ ｒ４? ＢＲ２＠ｈａ ｓｔｗ ｒ５? ＢＲ２＠ｌ?ｒ４? ｂａ ＩＮＴ＿Ｉｎｉｔｉａｌｉｚｅ … ４ 結(jié)束語 筆者對文中所介紹的以ＭＰＣ５５５為例?對從ＲＡＭ快速引導(dǎo)運行的兩種實現(xiàn)方法進(jìn)行了測試對比。結(jié)果證明：程序在ＲＡＭ中的運行速度比在ＦＬＡＳＨ中提高了１倍多，因而程序運行速度得到了很大提高。 |
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