簡述ARM的啟動過程

基于ARM的芯片多數(shù)為復(fù)雜的片上系統(tǒng),這種復(fù)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(shè)置其需要的工作狀態(tài)。因此在用戶的應(yīng)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(jìn)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(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(dāng)一個中斷發(fā)生以后,ARM處理器便強(qiáng)制把PC指針置為向量表中對應(yīng)中斷類型的地址值。因?yàn)槊總€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　　IRQHandler

B　　FIQHandler

其中關(guān)鍵字ENTRY是指定編譯器保留這段代碼,因?yàn)榫幾g器可能會認(rèn)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?yàn)橛袆討B(tài)刷新和地址線復(fù)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?yàn)橐话阆到y(tǒng)運(yùn)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?yàn)锳RM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(dú)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(jìn)行User模式的堆棧設(shè)置,因?yàn)檫M(jìn)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(shí)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(biāo)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。

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

直接從啟動代碼跳轉(zhuǎn)到應(yīng)用程序的主函數(shù)入口,當(dāng)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(jī)制。

IMPORT __main

B　　 __main

__main()是編譯系統(tǒng)提供的一個函數(shù),負(fù)責(zé)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)。