ARM的啟動方式

中斷向量表
初始化存儲器系統(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)。
每當一個中斷發(fā)生以后,ARM處理器便強制把PC指針置為向量表中對應(yīng)中斷類型的地址值。因為每個中斷只占據(jù)向量表中1個字的存儲空間,只能放置一條ARM指令,使程序跳轉(zhuǎn)到存儲器的其他地方,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：
AREABoot,CODE,READONLY
ENTRY
B　　ResetHandler
B　　UndefHandler
B　　SWIHandler
B　　PreAbortHandler
B　　DataAbortHandler
B　　IRQHandler
B　　FIQHandler
其中關(guān)鍵字ENTRY是指定編譯器保留這段代碼,因為編譯器可能會認為這是一段亢余代碼而加以優(yōu)化。鏈接的時候要確保這段代碼被鏈接在0地址處,并且作為整個程序的入口。
初始化存儲器系統(tǒng)
存儲器類型和時序配置
通常Flash和SRAM同屬于靜態(tài)存儲器類型,可以合用同一個存儲器端口;而DRAM因為有動態(tài)刷新和地址線復用等特性,通常配有專用的存儲器端口。
存儲器端口的接口時序優(yōu)化是非常重要的,這會影響到整個系統(tǒng)的性能。因為一般系統(tǒng)運行的速度瓶頸都存在于存儲器訪問,所以存儲器訪問時序應(yīng)盡可能的快;而同時又要考慮到由此帶來的穩(wěn)定性問題。
存儲器地址分布
一種典型的情況是啟動ROM的地址重映射。
初始化堆棧
因為ARM有7種執(zhí)行狀態(tài),每一種狀態(tài)的堆棧指針寄存器（SP）都是獨立的。因此,對程序中需要用到的每一種模式都要給SP定義一個堆棧地址。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模式進行User模式的堆棧設(shè)置,因為進入User模式后就不能再操作CPSR回到別的模式了,可能會對接下去的程序執(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。一個ARM映像文件由RO，RW和ZI三個段組成，其中RO為代碼段，RW是已初始化的全局變量，ZI是未初始化的全局變量。映像一開始總是存儲在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,一種常用存儲器模型的直接實現(xiàn)：

編譯器使用下列符號來記錄各段的起始和結(jié)束地址：
|Image$$RO$$Base| ：RO段起始地址
|Image$$RO$$Limit| ：RO段結(jié)束地址加1
|Image$$RW$$Base| ：RW段起始地址
|Image$$RW$$Limit| ：ZI段結(jié)束地址加1
|Image$$ZI$$Base| ：ZI段起始地址
|Image$$ZI$$Limit| ：ZI段結(jié)束地址加1
這些標號的值是根據(jù)鏈接器中設(shè)置的中ro-base和rw-base的設(shè)置來計算的。
初始化用戶執(zhí)行環(huán)境主要是把RO、RW、ZI三段拷貝到指定的位置。

調(diào)用主應(yīng)用程序
當所有的系統(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
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],#4

STRCC　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個符號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RAM這邊的目標地址到達|Image$$ZI$$Base|后就表示RW區(qū)的結(jié)束和ZI區(qū)的開始,接下去就對這片ZI區(qū)進行清零操作,直到遇到結(jié)束地址|Image$$ZI$$Limit|

改變處理器模式
因為在初始化過程中,許多操作需要在特權(quán)模式下才能進行（比如對CPSR的修改）,所以要特別注意不能過早的進入用戶模式。
內(nèi)核級的中斷使能也可以考慮在這一步進行。如果系統(tǒng)中另外存在一個專門的中斷控制器,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：
IMPORTmain


B　　　main
直接從啟動代碼跳轉(zhuǎn)到應(yīng)用程序的主函數(shù)入口,當然主函數(shù)名字可以由用戶隨便定義。
在ARMADS環(huán)境中,還另外提供了一套系統(tǒng)級的呼叫機制。
IMPORT__main

B　　__main
__main()是編譯系統(tǒng)提供的一個函數(shù),負責完成庫函數(shù)的初始化和初始化應(yīng)用程序執(zhí)行環(huán)境,最后自動跳轉(zhuǎn)到main()函數(shù)。

理解啟動代碼(ADS)
所謂啟動代碼,就是處理器在啟動的時候執(zhí)行的一段代碼,主要任務(wù)是初始化處理器模式,設(shè)置堆棧,初始化變量等等.由于以上的操作均與處理器體系結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)配置密切相關(guān),所以一般由匯編來編寫.
具體到S64,啟動代碼分成兩部分,一是與ARM7TDMI內(nèi)核相關(guān)的部分,包括處理器各異常向量的配置,各處理器模式的堆棧設(shè)置,如有必要,復制向量到RAM,以便remap之后處理器正確處理異常,初始化數(shù)據(jù)(包括RW與ZI),最后跳轉(zhuǎn)到Main.二是與處理器外部設(shè)備相關(guān)的部分,這和廠商的聯(lián)系比較大.雖然都采用了ARM7TDMI的內(nèi)核,但是不同的廠家整合了不同的片上外設(shè),需要不同的初始化,其中比較重要的是初始化WDT,初始化各子系統(tǒng)時鐘,有必要的話,進行remap.這一部分與一般控制器的初始化類似,因此,本文不作重點描述.
在進行分析之前,請確認如下相關(guān)概念:
S64片上FLASH起始于0x100000,共64kB,片上RAM起始于0x200000,共16kB.
S64復位之后,程序會從0開始執(zhí)行,此時FLASH被映射到0地址,因此,S64可以取得指令并執(zhí)行.顯然,此時還是駐留在0x100000地址.如果使用remap命令,將會把RAM映射到0地址,同樣的這時0地址的內(nèi)容也只是RAM的鏡像.
S64的FLASH可以保證在最差情況時以30MHz進行單周期訪問,而RAM可以保證在最大速度時的單周期訪問.
OK,以下開始分析啟動代碼.

一,處理器異常
S64將異常向量至于0地址開始的幾個直接,這些是必需要處理的.由于復位向量位于0,也需要一條跳轉(zhuǎn)指令.具體代碼如下:
RESET
B SYSINIT ; Reset
B UDFHANDLER ; UNDEFINED
B SWIHANDLER ; SWI
B PABTHANDLER ; PREFETCH ABORT
B DABTHANDLER ; DATA ABORT
B . ; RESERVED
B VECTORED_IRQ_HANDLER
B . ; ADD FIQ CODE HERE

UDFHANDLER
B .

SWIHANDLER
B .

PABTHANDLER
B .

DABTHANDLER
B .

請注意,B指令經(jīng)匯編后會替換為當前PC值加上一個修正值(+/-),所以這條指令是代碼位置無關(guān)的,也就是不管這條指令是在0地址還是在0x100000執(zhí)行,都能跳轉(zhuǎn)到指定的位置,而LDR PC,=???將向PC直接裝載一個標號的值,請注意,標號在編譯過后將被替換為一個與RO相對應(yīng)的值,也就是說,這樣的指令無論在哪里執(zhí)行,都只會跳轉(zhuǎn)到一個指定的位置.下面舉一個具體的例子來說明兩者的區(qū)別:
假定有如下程序:
RESET
B INIT 或者 LDR PC,=INIT
…

INIT
…
其中RESET為起始時的代碼,也就是這條代碼的偏移為0,設(shè)INIT的偏移量為offset.如果將這段程序按照RO=0x1000000編譯, 那么B INIT可理解為ADD PC, PC, #offset,而LDR PC,=INIT可被理解為 MOV PC,#(RO+offset) .顯然當系統(tǒng)復位時,程序從0開始運行,而0地址有FLASH的副本,執(zhí)行B INIT將把PC指向位于0地址處的鏡像代碼位置,也即INIT;如果執(zhí)行LDR PC,=INIT將會將PC直接指向位于FLASH中的原始代碼.因此以上兩者都能正確運行.下面將RO設(shè)置為0x200000,編譯后生成代碼,還是得燒寫到FLASH中,也就是還是0x100000,系統(tǒng)復位后從0地址執(zhí)行,還是FLASH的副本,此時執(zhí)行B INIT,將跳到副本中的INIT位置執(zhí)行,此處有對應(yīng)的代碼;但是如果執(zhí)行LDR PC,=INIT,將向PC加載0x200000+offset,這將使得PC跳到RAM中,而此時由于代碼沒有復制,RAM中的指定位置并沒有代碼,程序無法運行.