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分析ARM啟動代碼和中斷處理過程

作者: 時間:2016-11-25 來源:網絡 收藏
之前有分析過44b0下的這個啟動代碼,差別不是非常大,今天再重新看了一遍。啟動代碼與 Bootloader不同,主要是指進入C語言之前的匯編代碼,網上都稱為是bootloader的stage1,一般通用的內容包括:
1. 定義程序入口點
2. 設置異常向量表
3. 初始化存儲系統(tǒng)
4. 初始化用戶程序的執(zhí)行環(huán)境
5. 初始化堆棧指針寄存器,改變處理器的模式
6. 設置FIQ/IRQ中斷處理程序入口
7. 進入C程序

1)編譯器選擇
GBLL THUMBCODE
[ {CONFIG} = 16
THUMBCODE SETL {TRUE}
CODE32
|
THUMBCODE SETL {FALSE}
]
因為處理器分為16位 32位兩種工作狀態(tài),程序的編譯器也是分16位和32兩種編譯方式,所以這段程序用于根據處理器工作狀態(tài)確定編譯器編譯方式,程序不難理解,主要解釋一下 符號“[ | ]”的意思,上面的程序是指:
if({CONFIG} = 16 )
{ THUMBCODE SETL {TRUE}
CODE32 }
else
THUMBCODE SETL {FALSE}
還 是沒有不明白CONFIG怎么區(qū)分是16位還是32位?哪里決定它的取值?應該是編譯器指定的這個值。

2)宏定義
MACRO
$HandlerLabel HANDLER $HandleLabel
$HandlerLabel
sub sp,sp,#4
stmfd sp!,{r0}
ldr r0,=$HandleLabel
ldr r0,[r0]
str r0,[sp,#4]
ldmfd sp!,{r0,pc}
MEND
$HandlerLabel是宏的地址標 號,HANDLER是宏名,$HandleLabel是宏的參數,$標號在宏指令展開時,標號會替換為用戶定義的符號。在此后,所有遇 到$HandlerLabel HANDLER $HandleLabel這種形式的表達式都會被展開成$HandlerLabel到MEND之間的函數。
例如:ADC_IRQ HANDLER HandleADC即代表如下函數,語句ldr pc,=ADC_IRQ的作用也就是跳轉到這個函數:
ADC_IRQ
sub sp,sp,#4
stmfd sp!,{r0}
ldr r0,=HandleADC
ldr r0,[r0]
str r0,[sp,#4]
ldmfd sp!,{r0,pc}
這段程序用于把ADC中斷服務程序的首地址裝載到pc中,跳轉到中斷處理函數,稱之為 “加載程序”。HandleADC是一個地址標號,它的內容就是ADC中斷服務程序的地址標號,即文件最后的那個表HandleADC # 4所示,將HandleADC # 4中的4換成中斷服務程序的地址標號即是,程序在這里定義了一個數據區(qū),存放各種中斷服務程序的首地址。每個字空間都有一個標號,以Handle***命 名。

3)寄存器及堆棧設置
按照上面的順序,可以比較容易讀懂啟動代碼的作用,主要就是通過設置特殊功能寄存器來達到對系統(tǒng)參數的 設定。依次禁止看門狗,中斷,設定時鐘控制寄存器,存儲器控制寄存器等等。
由于各個工作模式下的堆棧指針是相互獨立的,所以要分別進入各個模式下 設置其堆棧指針,基本上都差不多,比如未定義指令模式下的設置:
mrs r0,cpsr
bic r0,r0,#MODEMASK
orr r1,r0,#UNDEFMODE|NOINT
msr cpsr_cxsf,r1
ldr sp,=UndefStack
UnderStack是在程序后面用UnderStack # 256建立的一個堆棧空間的首地址,這部分空間建立在RAM中,256字節(jié)空間的堆棧大小。

4)初始化用戶程序的執(zhí)行環(huán)境
之前在 44B0里的啟動代碼里還有包括把ROM里的程序拷貝到RAM中并跳轉到RAM運行程序,也就是把加載狀態(tài)下的程序按照編譯連接時的設置重新排布成運行時 的程序狀態(tài),以達到符號能夠正確連接的目的,這里是涉及到了所謂的映像文件,但是2410這里沒有這一段,即程序的加載態(tài)就是它的運行態(tài),所以要求燒寫程 序時必須要把它燒寫在設置的RO地址上,否則程序將不能正確執(zhí)行。下面這段程序實現(xiàn)RW數據初始化,只是把數據段復制到高地址,如果沒有設置RW的話這段 代碼也不會執(zhí)行。
;Copy and paste RW data/zero initialized data
ldr r0, =|Image$$RO$$Limit| ; Get pointer to ROM data
ldr r1, =|Image$$RW$$Base| ; and RAM copy
ldr r3, =|Image$$ZI$$Base|

;Zero init base => top of initialised data
cmp r0, r1 ; Check that they are different
beq %F2
1
cmp r1, r3
ldrcc r2, [r0], #4
strcc r2, [r1], #4
bcc %B1
2
ldr r1, =|Image$$ZI$$Limit|
mov r2, #0
3
cmp r3, r1 ; Zero init
strcc r2, [r3], #4
bcc %B3
b %F1(B1)的意思是在臨近的地址標號跳轉,F(xiàn)是向后尋找,B是向前尋找。

5) 說說映象文件
用ADS編譯產生的映像文件有.axf、.bin、.hex等等格式,就拿要直接燒進Flash里的.bin文件來說,在其他書上看 到有這么句話“映像文件一般由域組成,域由最多三個輸出段(RO,RW,ZI)組成,輸出段又由輸入段組成。”
對于這段話,前兩句是比較好理解 的,域就是整個映像文件,對于大部分程序來說就只有一個域,也就是燒進Flash里的那部分東東,稱作加載域;輸出段就是用AREA定義的RO,Rw,一 般就這兩個,拿前面的bootloader來說,整體框架是這樣的:
AREA Init,CODE,READONLY ;<--RO段
ENTRY
Entry ;<--CODE部分

… …

SMRDATA DATA ;<--DATA部分

… …

AREA RamData, DATA, READWRITE ;<--RW段

… …

然而對于 輸出段又由輸入段組成卻著實糊涂了好一陣,輸入段是指源程序的代碼(CODE)部分和數據(DATA)部分。上面這個框架中,在RO輸出段的Entry下 開始一系列的匯編指令操作,這個應該是CODE輸入段,而SMRDATA DATA引領DCD用于開辟一片數據存儲空間,這部分應該是DATA輸入段,它與RW里的數據不同之處在于這部分數據不能被修改。
在ADS編譯前 在ARM-Linker里的Ro_Base和Rw_Base兩個地址值,就是指兩個輸出段的起始地址,即程序是按照你設置的這種方式排布在內存中的,各個 地址標號根據這兩個值確定。然而,用Ultraedit打開bin文件卻發(fā)現(xiàn)其實Rw是跟在Ro后面的,也就是說,這兩個段并沒有按照你設置的地址起始, 由此引出映像文件的加載域和運行時域兩個概念。

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