ARM啟動代碼的設計分析

ARM體系結構

　　目前，ARM系列的通用32位RISC微處理器有ARM7、ARM9、ARM9E、ARM10等多個產品，這些處理器可以工作于7種模式下。除User模式以外的其它模式都叫做特權模式，除User和System以外的其它5種模式叫做異常模式。大部分應用程序都在User模式下運行，當處理器處于User模式下時，執(zhí)行的程序無法訪問一些被保護的系統(tǒng)資源，以利于操作系統(tǒng)控制系統(tǒng)資源的使用，也不能改變模式，否則就會導致一次異常。對于System模式，任何異常都不會導致進入這一模式，而且它使用的寄存器和User模式下基本相同，主要是用于有訪問系統(tǒng)資源請求而又避免使用額外的寄存器的操作系統(tǒng)任務。在特權模式下，它們可以完全訪問系統(tǒng)資源，可以自由地改變模式。在處理特定的異常時，系統(tǒng)進入對應的異常模式下。這5種異常模式都有各自額外的寄存器，用于避免在發(fā)生異常的時候與用戶模式下的程序發(fā)生沖突。

　　在任意一種處理器模式中，都使用同一個寄存器來標識當前處理器的工作模式，這個寄存器叫做CPSR(當前程序狀態(tài)寄存器),它的0~4位用來表示CPU模式，而且在每一種處理器異常模式下，都有一個對應的SPSR(緩存程序狀態(tài)寄存器)，用來保存進入異常模式前的CPSR的值。SPSR的作用就是當CPU從異常模式退出時，通過一條簡單的匯編指令就能夠恢復進入異常模式前的CPSR，該值保存在當前異常模式的SPSR中。

　　啟動代碼的設計

　　啟動代碼類似于電腦中的BIOS，它從系統(tǒng)上電開始接管CPU，依次需要負責初始化 CPU在各種模式下的堆?？臻g、設定CPU的內存映射、對系統(tǒng)的各種控制寄存器做初始化、對CPU的外部存儲器進行初始化、設定各外圍設備的基地址、創(chuàng)建正確的中斷向量表、為C代碼執(zhí)行創(chuàng)建ZI(零創(chuàng)建)區(qū)，然后進入到C代碼。 在C代碼中繼續(xù)對時鐘、RS232端口進行初始化，然后打開系統(tǒng)中斷允許位。最后進入到應用代碼中執(zhí)行，執(zhí)行期間響應各種不同的中斷信號并調用預先設置好的中斷服務程序處理這些中斷。整個過程的流程圖如圖1所示。

　　圖1 啟動代碼流程圖

　　堆棧初始化

　　堆棧的初始化要處理的事情是為處理器的7個處理器模式分配堆?？臻g。以下以FIQ模式下的堆棧設置為例說明：

　　ORR r1, r0, #LOCKOUT | FIQ_MODE;把模式放在r1中，LOCKOUT用來屏蔽中斷位;

　　MSR cpsr, r1 ;改變CPU的CPSR寄存器，進入到指定的FIQ模式;

　　MSR spsr, r2 ;保存前一模式;

　　LDR sp, =FIQ_STACK ;把FIQ模式下的堆棧起始值賦給當前的SP，F(xiàn)IQ_STACK是分配給FIQ模式堆?？臻g(比如說1K字節(jié))的起始地址。按這種方式設置其它模式下的堆棧。

　　DRAM的初始化根據(jù)系統(tǒng)配置信息來決定，因為系統(tǒng)不一定會用到DRAM，但是一定要做SDRAM的初始化。主要的處理內容是ROM和RAM基址的設定、數(shù)據(jù)總線的寬度、SDRAM的刷新時間等等，這些可以參照S3C4510B芯片的用戶手冊。特殊寄存器的設置主要是針對I/O口，比方說設定幾個I/O位用做系統(tǒng)狀態(tài)指示燈LED。寄存器的設定主要根據(jù)硬件的配置情況而定，值得注意的是由于這段啟動代碼是燒錄到ROM中的，而中斷向量必須位于零地址，所以在存儲單元沒有重新映射之前ROM基址的設定應該為零地址。

　　拷貝(image)主要是為了提高運行速度，編譯生成的映像文件代碼從ROM內拷貝到RAM中去，而程序的執(zhí)行也就在RAM中。當然，啟動代碼對運行速度的要求不是很嚴格，所以這個拷貝動作可以不用做，讓代碼存放在ROM中，代碼的執(zhí)行也在ROM中，而運行中所需要的數(shù)據(jù)在RAM中。

　　內存的初始化是為C代碼的運行開辟內存區(qū)，代碼編譯后會分為三個區(qū)：只讀區(qū)、可讀可寫區(qū)，

　　零初始化區(qū)。內存的初始化處理的內容是：當只讀區(qū)截止地址等于可讀可寫區(qū)基址時，把零初始化區(qū)各字節(jié)清零;當只讀區(qū)截止地址不等于可讀可寫區(qū)基址時，如果可讀可寫區(qū)基址小于零初始化基址，就從只讀區(qū)截止地址處開始把數(shù)據(jù)拷貝到可讀可寫區(qū)基址處，直到到達零初始化基址，然后把零初始化區(qū)各字節(jié)清零，否則也只用把零初始化區(qū)各字節(jié)清零。

　　中斷向量表是用于處理異常情況的，當發(fā)生異常時，首先要保存當前程序的返回地址和CPSR寄存器的值，然后進入到相應的異常向量地址，一般來說在異常向量地址是一個跳轉指令，使程序進入相應的異常處理過程。由于中斷向量表要位于系統(tǒng)的零地址，當把啟動代碼燒錄到EEPROM中運行時就需要把ROM的地址定義到零地址，所以程序的入口處如下：

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