ARM的啟動(dòng)過(guò)程詳解
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基于arm的芯片多數(shù)為復(fù)雜的片上系統(tǒng),這種復(fù)雜系統(tǒng)里的多數(shù)硬件模塊都是可配置的,需要由軟件來(lái)設(shè)置其需要的工作狀態(tài)。因此在用戶的應(yīng)用程序之前,需要由專門的一段代碼來(lái)完成對(duì)系統(tǒng)的初始化。由于這類代碼直接面對(duì)處理器內(nèi)核和硬件控制器進(jìn)行編程,一般都是用匯編語(yǔ)言。一般通用的內(nèi)容包括：
中斷向量表
初始化存儲(chǔ)器系統(tǒng)
初始化堆棧
初始化有特殊要求的斷口,設(shè)備
初始化用戶程序執(zhí)行環(huán)境
改變處理器模式
呼叫主應(yīng)用程序
中斷向量表
arm要求中斷向量表必須放置在從0地址開始,連續(xù)8X4字節(jié)的空間內(nèi)。
每當(dāng)一個(gè)中斷發(fā)生以后,arm處理器便強(qiáng)制把PC指針置為向量表中對(duì)應(yīng)中斷類型的地址值。因?yàn)槊總€(gè)中斷只占據(jù)向量表中1個(gè)字的存儲(chǔ)空間,只能放置一條arm指令,使程序跳轉(zhuǎn)到存儲(chǔ)器的其他地方,再執(zhí)行中斷處理。
中斷向量表的程序?qū)崿F(xiàn)通常如下表示：
AREA Boot ,CODE, READONLY
ENTRY
B ResetHandler
B UndefHandler
B SWIHandler
B PreAbortHandler
B DataAbortHandler
B
B IRQHandler
B FIQHandler
其中關(guān)鍵字ENTRY是指定編譯器保留這段代碼,因?yàn)榫幾g器可能會(huì)認(rèn)為這是一段亢余代碼而加以優(yōu)化。鏈接的時(shí)候要確保這段代碼被鏈接在0地址處,并且作為整個(gè)程序的入口。
初始化存儲(chǔ)器系統(tǒng)
存儲(chǔ)器類型和時(shí)序配置
通常Flash和SRAM同屬于靜態(tài)存儲(chǔ)器類型,可以合用同一個(gè)存儲(chǔ)器端口;而DRAM因?yàn)橛袆?dòng)態(tài)刷新和地址線復(fù)用等特性,通常配有專用的存儲(chǔ)器端口。
存儲(chǔ)器端口的接口時(shí)序優(yōu)化是非常重要的,這會(huì)影響到整個(gè)系統(tǒng)的性能。因?yàn)橐话阆到y(tǒng)運(yùn)行的速度瓶頸都存在于存儲(chǔ)器訪問(wèn),所以存儲(chǔ)器訪問(wèn)時(shí)序應(yīng)盡可能的快;而同時(shí)又要考慮到由此帶來(lái)的穩(wěn)定性問(wèn)題。
存儲(chǔ)器地址分布
一種典型的情況是啟動(dòng)ROM的地址重映射。
初始化堆棧
因?yàn)閍rm有7種執(zhí)
行狀態(tài),每一種狀態(tài)的堆棧指針寄存器（SP）都是獨(dú)立的。因此,對(duì)程序中需要用到的每一種模式都要給SP定義一個(gè)堆棧地址。方法是改變狀態(tài)寄存器內(nèi)的狀態(tài)位,使處理器切換到不同的狀態(tài),讓后給SP賦值。注意：不要切換到User模式進(jìn)行User模式的堆棧設(shè)置,因?yàn)檫M(jìn)入U(xiǎn)ser模式后就不能再操作CPSR回到別的模式了,可能會(huì)對(duì)接下去的程序執(zhí)行造成影響。
這是一段堆棧初始化的代碼示例,其中只定義了三種模式的SP指針：
MRS R0,CPSR
BIC R0,R0,#MODEMASK 安全起見,屏蔽模式位以外的其他位
ORR R1,R0,#IRQMODE
MSR CPSR_cxfs,R1
LDR SP,=UndefStack
ORR R1,R0,#FIQMODE
MSR CPSR_cxsf,R1
LDR SP,=FIQStack
ORR R1,R0,#SVCMODE
MSR CPSR_cxsf,R1
LDR SP,=SVCStack
初始化有特殊要求的端口,設(shè)備
初始化應(yīng)用程序執(zhí)行環(huán)境映像一開始總是存儲(chǔ)在ROM／Flash里面的,其RO部分即可以在ROM／Flash里面執(zhí)行,也可以轉(zhuǎn)移到速度更快的RAM中執(zhí)行;而RW和ZI這兩部分是必須轉(zhuǎn)移到可寫的RAM里去。所謂應(yīng)用程序執(zhí)行環(huán)境的初始化,就是完成必要的從ROM到RAM的數(shù)據(jù)傳輸和內(nèi)容清零。
下面是在ADS下,一種常用存儲(chǔ)器模型的直接實(shí)現(xiàn)：
LDR r0,=|Image$$RO$$Limit| 得到RW數(shù)據(jù)源的起始地址
LDR r1,=|Image$$RW$$Base| RW區(qū)在RAM里的執(zhí)行區(qū)起始地址
LDR r2,=|Image$$ZI$$Base| ZI區(qū)在RAM里面的起始地址
CMP r0,r1 比較它們是否相等
BEQ %F1
0 CMP r1,r3
LDRCC r2,[r0],#4STRCC r2,[r1],#4
BCC %B0
1 LDR r1,=|Image$$ZI$$Limit|
MOV r2,#0
2 CMP r3,r1
STRCC r2,[r3],#4
BCC %B2
程序?qū)崿F(xiàn)了RW數(shù)據(jù)的拷貝和ZI區(qū)域的清零功能。其中引用到的4個(gè)符號(hào)是由鏈接器第一輸出的。
|Image$$RO$$Limit|：表示RO區(qū)末地址后面的地址,即RW數(shù)據(jù)源的起始地址
|Image$$RW$$Base|：RW區(qū)在RAM里的執(zhí)行區(qū)起始地址,也就是編譯器選項(xiàng)RW_Base指定的地址
|Image$$ZI$$Base|：ZI區(qū)在RAM里面的起始地址
|Image$$ZI$$Limit|：ZI區(qū)在RAM里面的結(jié)束地址后面的一個(gè)地址
程序先把ROM里|Image$$RO$$Limt|開始的RW初始數(shù)據(jù)拷貝到RAM里面|Image$$RW$$Base|開始的地址,當(dāng)RAM這邊的目標(biāo)地址到達(dá)|Image$$ZI$$Base|后就表示RW區(qū)的結(jié)束和ZI區(qū)的開始,接下去就對(duì)這片ZI區(qū)進(jìn)行清零操作,直到遇到結(jié)束地址|Image$$ZI$$Limit|
改變處理器模式
因?yàn)樵诔跏蓟^(guò)程中,許多操作需要在特權(quán)模式下才能進(jìn)行（比如對(duì)CPSR的修改）,所以要特別注意不能過(guò)早的進(jìn)入用戶模式。
內(nèi)核級(jí)的中斷使能也可以考慮在這一步進(jìn)行。如果系統(tǒng)中另外存在一個(gè)專門的中斷控制器,這么做總是安全的。
呼叫主應(yīng)用程序
當(dāng)所有的系統(tǒng)初始化工作完成之后,就需要把程序流程轉(zhuǎn)入主應(yīng)用程序。最簡(jiǎn)單的一種情況是：
IMPORT main
B main
直接從啟動(dòng)代碼跳轉(zhuǎn)到應(yīng)用程序的主函數(shù)入口,當(dāng)然主函數(shù)名字可以由用戶隨便定義。
在arm ADS環(huán)境中,還另外提供了一套系統(tǒng)級(jí)的呼叫機(jī)制。
IMPORT __main
B __main
__main()是編譯系統(tǒng)提供的一個(gè)函數(shù),負(fù)責(zé)完成庫(kù)函數(shù)的初始化和初始化應(yīng)用程序執(zhí)行環(huán)境,最后自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到main()函數(shù)
評(píng)論