單片機(jī)快速啟動(dòng)的實(shí)現(xiàn)

嵌入式系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗等均有嚴(yán)格要求，以ARM體系結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的各種RISC微處理器具有靈活的特性和強(qiáng)大的性能，在嵌入式系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。---S3C2410是三星公司基于ARM920T設(shè)計(jì)的一款處理器，在開(kāi)發(fā)基于S3C2410的系統(tǒng)的過(guò)程中，如何讓系統(tǒng)快速穩(wěn)定地啟動(dòng)是一個(gè)重要問(wèn)題。嵌入式系統(tǒng)的資源有限，程序通常都是固化在ROM中運(yùn)行。但在實(shí)際應(yīng)用中，為提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，加快代碼的執(zhí)行速度，系統(tǒng)啟動(dòng)后程序往往要被搬移到RAM中，因?yàn)镽AM的存取速度要比ROM快得多，這樣大大提升系統(tǒng)的性能。啟動(dòng)程序要完成的任務(wù)包括：硬件初始化，系統(tǒng)存儲(chǔ)系統(tǒng)的配置，復(fù)制二級(jí)中斷向量表。

啟動(dòng)程序過(guò)程

系統(tǒng)硬件初始化

系統(tǒng)上電或復(fù)位后，程序從位于地址0x0的Reset Exception Vec
tor處開(kāi)始執(zhí)行，因此需要在這里放置Bootloader的第一條指令：b ResetHandler，跳轉(zhuǎn)到標(biāo)號(hào)為ResetHandler處進(jìn)行第一階段的硬件初始化，主要內(nèi)容為：關(guān)看門(mén)狗定時(shí)器，關(guān)中斷，初始化PLL和時(shí)鐘，初始化存儲(chǔ)器系統(tǒng)。執(zhí)行完以上程序后，系統(tǒng)進(jìn)行堆棧和存儲(chǔ)器的初始化。系統(tǒng)堆棧初始化取決于用戶(hù)使用了哪些中斷，以及系統(tǒng)需要處理哪些錯(cuò)誤類(lèi)型。一般情況下，管理者堆棧必須設(shè)置，如果使用了IRQ中斷，則IRQ堆棧也必須設(shè)置。如果系統(tǒng)使用了外設(shè)，則需要設(shè)置相關(guān)的寄存器，以確定其刷新頻率、總線寬度等信息。

代碼段復(fù)制到RAM中運(yùn)行

因?yàn)榍度胧较到y(tǒng)的代碼通常都是固化在ROM或者Flash中，上電后開(kāi)始運(yùn)行。由于ROM和Flash的讀取速度相對(duì)較慢，這樣無(wú)疑會(huì)降低代碼的執(zhí)行速度和系統(tǒng)的運(yùn)行效率。為此，需要把系統(tǒng)的代碼復(fù)制到RAM中運(yùn)行。使用SDT鏈接器ARMLink產(chǎn)生的定位信息，把RO的有效代碼和數(shù)據(jù)段到RAM中。ARMLink將編譯后的程序鏈接成ELF文件。映像文件內(nèi)部共有三種輸出段：RO段、RW段和ZI段。這三種輸出段分別包含了只讀代碼及包含在代碼段中的少量數(shù)據(jù)、可讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)、初始化為0的數(shù)據(jù)，ARMLink同時(shí)還產(chǎn)生了這三種輸出段的起始和終止定位信息：Image$$RO$$Base、Image$$RO$$Limit、Image$$RW$$Base、Image$$Limit、Image$$Linit和Image$$ZI$$Limit。可以在程序中使用這些定位信息。將ROM中的代碼和數(shù)據(jù)搬移到RAM中，具體程序如下。




BNE %B0 /*如果沒(méi)有復(fù)制完，跳轉(zhuǎn)到0標(biāo)示符處的匯編語(yǔ)句，繼續(xù)復(fù)制，參見(jiàn)ARM指令幫助手冊(cè)

建立二級(jí)中斷向量表

在ARM系統(tǒng)中，中斷向量表位于0X0開(kāi)始的地址處，意味著無(wú)論運(yùn)行什么樣的上層軟件，一旦發(fā)生中斷，程序就得到Flash存儲(chǔ)器中的中斷向量表里去，降低系統(tǒng)的運(yùn)行效率。因此在RAM中建立自己的二級(jí)中斷向量表，當(dāng)中斷發(fā)生后，程序直接從RAM中取中斷向量進(jìn)入中斷子程序。尤其是在中斷頻繁發(fā)生的系統(tǒng)里，這種方法可以大大提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率，具體的實(shí)現(xiàn)代碼如下





其中HANDLER是一個(gè)宏，用于查找中斷處理程序的入口地址。這些地址存放在由HandleXXX指向的表項(xiàng)中，該表定位在RAM高端，基地址為_(kāi)ISR_STARTADDRESS





MMU的應(yīng)用

MMU是存儲(chǔ)器管理單元的縮寫(xiě)，是用來(lái)管理虛擬內(nèi)存系統(tǒng)的器件。MMU通常是CPU的一部分，本身有少量存儲(chǔ)空間存放從虛擬地址到物理地址的匹配表，此表稱(chēng)作TLB(轉(zhuǎn)換旁置緩沖區(qū))。所有數(shù)據(jù)請(qǐng)求都送往MMU，由MMU決定數(shù)據(jù)是在RAM內(nèi)還是在大容量外部存儲(chǔ)器設(shè)備內(nèi)。如果數(shù)據(jù)不在存儲(chǔ)空間內(nèi)，MMU將產(chǎn)生頁(yè)面錯(cuò)誤中斷。MMU存儲(chǔ)器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)允許對(duì)存儲(chǔ)器系統(tǒng)的精細(xì)控制，大部分的控制細(xì)節(jié)由存在存儲(chǔ)器中的轉(zhuǎn)換表提供。這些表的入口定義了從1KB～1MB的各種存儲(chǔ)器區(qū)域的屬性。MMU完成的兩個(gè)主要功能是：將虛地址轉(zhuǎn)換成物理地址，控制存儲(chǔ)器存取允許。MMU關(guān)掉時(shí)，虛地址直接輸出到物理地址總線。

經(jīng)過(guò)以上的分析可以發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)啟動(dòng)程序主要是完成了硬件的初始化，以及克服Flash或ROM讀取速度慢的弱點(diǎn)，提高指令和數(shù)據(jù)的讀取速度，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高速運(yùn)行，并且通過(guò)MMU的應(yīng)用，減少RAM的使用，降低系統(tǒng)成本。


參考文獻(xiàn)
1 S3C2410數(shù)據(jù)手冊(cè)
2 ARM920T數(shù)據(jù)手冊(cè)
3 王京林.ARM7在嵌入式應(yīng)用中啟動(dòng)程序的實(shí)現(xiàn)