ARM7嵌入式系統(tǒng)中啟動程序的實現(xiàn)

在我們研制開發(fā)基于ARM7的嵌入式系統(tǒng)過程中，發(fā)現(xiàn)技術(shù)難點主要在于系統(tǒng)啟動程序的編寫，為此本文詳細(xì)論述了在arm7基礎(chǔ)上開發(fā)嵌入式系統(tǒng)時啟動程序的實現(xiàn)。
1.啟動程序流程
嵌入式系統(tǒng)的資源有限,程序通常都是固化在ROM中運行。ROM中程序執(zhí)行前，需要對系統(tǒng)硬件和軟件運行環(huán)境進(jìn)行初始化，這些工作由用匯編語言編寫的啟動程序完成。
啟動程序是嵌入式程序的開頭部分，應(yīng)與應(yīng)用程序一起固化在ROM中，并首先在系統(tǒng)上運行。它應(yīng)包含進(jìn)各模塊中可能出現(xiàn)的所有段類，并合理安排它們的次序。
寫好啟動程序是設(shè)計好嵌入式程序的關(guān)鍵,系統(tǒng)啟動程序所執(zhí)行的操作依賴于正在開發(fā)其軟件的系統(tǒng)，一般流程如下:

進(jìn)入應(yīng)用程序主循環(huán)

2．詳細(xì)步驟
⑴設(shè)置入口指針
啟動程序首先必須定義入口指針，而且整個應(yīng)用程序只有一個入口指針。
⑵設(shè)置中斷向量
arm7要求中斷向量表必須設(shè)置在從0地址開始，連續(xù)8×4字節(jié)的空間，分別是復(fù)位、未定義指令錯誤、軟件中斷、預(yù)取指令錯誤、數(shù)據(jù)存取錯誤、IRQ、FIQ和一個保留的中斷向量。
如果ROM定位于0地址，向量表包含一系列指令跳轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)程序，否則向量必須被動態(tài)初始化。可以在啟動程序中添加一段代碼，使其在運行時將向量表拷貝到0地址開始的存儲器空間。
對于各未用中斷，使其指向一個只含返回指令的啞函數(shù)，以防止錯誤中斷引起系統(tǒng)的混亂。
⑶初始化堆棧和寄存器
系統(tǒng)堆棧初始化取決于用戶使用了哪些中斷，以及系統(tǒng)需要處理哪些錯誤類型。一般來說管理者堆棧必須設(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DRAM或其它外設(shè)，需要設(shè)置相關(guān)的寄存器，以確定其刷新頻率，數(shù)據(jù)總線寬度等信息。
⑷初始化存儲器系統(tǒng)
有些芯片可通過寄存器編程初始化存儲器系統(tǒng)，而對于較復(fù)雜系統(tǒng)通常集成有MMU來管理內(nèi)存空間。
⑸如有必要改變處理器模式、狀態(tài)
如果系統(tǒng)應(yīng)用程序是運行在用戶模式下，可在此處將系統(tǒng)改為用戶模式并初始化用戶堆棧指針。
⑹初始化C語言所需的存儲器空間。

為正確運行應(yīng)用程序，在初始化期間應(yīng)將系統(tǒng)需要讀寫的數(shù)據(jù)和變量從ROM拷貝到RAM里；一些要求快速響應(yīng)的程序，如中斷處理程序，也需要在RAM中運行；如果使用FLASH，對FLASH的擦除和寫入操作也一定要在RAM里運行。arm公司軟件開發(fā)工具包中的鏈接器提供了分布裝載功能，可以實現(xiàn)這一目的。
⑺呼叫C程序。
ARM有兩種指令集:16位THUMB指令集和32位ARM指令集。使用16位的存儲器可以降低成本，在這種情況下，Thumb指令集的整體執(zhí)行速度比ARM32位指令集快，而且提高了代碼密度，所以一般用Thumb編譯器將C語言程序編譯成16位的代碼。處理器一開始總在arm狀態(tài)，可使用BX指令轉(zhuǎn)換到thumb狀態(tài)呼叫C程序。要注意的是用Ｃ語言編寫嵌入式程序時，要避免使用不能被固化到ＲＯＭ中的庫函數(shù)。
3．技術(shù)難點分析
⑴MMU的使用
MMU是存儲器管理單元的縮寫，是用來管理虛擬內(nèi)存系統(tǒng)的器件。MMU通常是CPU的一部分，本身有少量存儲空間存放從虛擬地址到物理地址的匹配表。此表稱作TLB(轉(zhuǎn)換旁置緩沖區(qū))。所有數(shù)據(jù)請求都送往MMU，由MMU決定數(shù)據(jù)是在RAM內(nèi)還是在大容量存儲器設(shè)備內(nèi)。如果數(shù)據(jù)不在存儲空間內(nèi)，MMU將產(chǎn)生頁面錯誤中斷。
MMU的兩個主要功能是:1、將虛地址轉(zhuǎn)換成物理地址。2、控制存儲器存取允許。MMU關(guān)掉時，虛地址直接輸出到物理地址總線。
在實踐中，使用MMU解決了如下幾個問題：
①使用DRAM作為大容量存儲器時，如果DRAM的行列是非平方的，會導(dǎo)致該DRAM的物理地址不連續(xù)，這將給程序的編寫調(diào)試造成極大不便，而適當(dāng)配置MMU可將其轉(zhuǎn)換成虛擬地址連續(xù)的空間。
②arm內(nèi)核的中斷向量表要求放在0地址，對于ROM在0地址的情況，無法調(diào)試中斷服務(wù)程序，所以在調(diào)試階段有必要將可讀寫的存儲器空間映射到0地址。
③系統(tǒng)的某些地址段是不允許被訪問的，否則會產(chǎn)生不可預(yù)料的后果,為了避免這類錯誤,可以通過MMU匹配表的設(shè)置將這些地址段設(shè)為用戶不可存取類型。