ARM的啟動過程詳解
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基于arm的芯片多數(shù)為復雜的片上系統(tǒng),這種復雜系統(tǒng)里的多數(shù)硬件模塊都是可配置的,需要由軟件來設置其需要的工作狀態(tài)。因此在用戶的應用程序之前,需要由專門的一段代碼來完成對系統(tǒng)的初始化。由于這類代碼直接面對處理器內(nèi)核和硬件控制器進行編程,一般都是用匯編語言。一般通用的內(nèi)容包括：
中斷向量表
初始化存儲器系統(tǒng)
初始化堆棧
初始化有特殊要求的斷口,設備
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：
AREA Boot ,CODE, READONLY
ENTRY
B ResetHandler
B UndefHandler
B SWIHandler
B PreAbortHandler
B DataAbortHandler
B
B IRQHandler
B FIQHandler
其中關鍵字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,設備
初始化應用程序執(zhí)行環(huán)境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)：
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],#4STRCC 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)入主應用程序。最簡單的一種情況是：
IMPORT main
B main
直接從啟動代碼跳轉(zhuǎn)到應用程序的主函數(shù)入口,當然主函數(shù)名字可以由用戶隨便定義。
在arm ADS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用程序執(zhí)行環(huán)境,最后自動跳轉(zhuǎn)到main()函數(shù)
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