arm啟動(dòng)代碼詳解

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

1. 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。

2. 初始化存儲(chǔ)器系統(tǒng)

(1)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，所以存儲(chǔ)器訪問時(shí)序應(yīng)盡可能的快；而同時(shí)又要考慮到由此帶來的穩(wěn)定性問題。

(2)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。

3. 初始化堆棧

因?yàn)锳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

4. 初始化有特殊要求的端口，設(shè)備

5. 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 ?

0 CMP r1,r3

LDRCC r2,[r0],#4

STRCC r2,[r1],#4

BCC ?

1 LDR r1,=|Image$$ZI$$Limit|

MOV r2,#0

2 CMP r3,r1

STRCC r2,[r3],#4

BCC ?

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|

6. 改變處理器模式

因?yàn)樵诔跏蓟^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。

7. 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)。