无操作系统的应用软件开发.ppt

第4章 无操作系统的应用软件开发,嵌入式软件系统：无操作系统和有操作系统； 无操作系统包含引导程序和应用程序。 有操作系统在引导程序结束后，要运行操作系统，并将应用程序作为任务添加到操作系统中。 嵌入式操作系统不管是否使用操作系统，都需要一段引导程序bootloader来初始化硬件，为操作系统或应用程序做准备。,引导程序是驻留在磁盘的第一个扇区的程序，例如硬盘的MBR（主引导记录）。在启动过程中，在检测过系统之后，如果系统被设置成为从MBR引导的话，BIOS（基本输入/输出系统）将控制权交给MBR，而驻留在MBR中的程序就是引导程序，它负责将控制权传递给操作系统，以完成启动过程 。 GRUB是功能强大的引导程序，可以引导多种不同类型的操作系统，例如Windows,DOS,Linux,GNU Hurd,*BSD等。 LILO是最流行的引导程序，用来引导多种不同的操作系统。,1.无操作系统的软件运行模式,应用程序,引导程序,SDRAM,flash,2MB,16MB,0x000 0000,0x100 0000,0x120 0000,IMPORT C_Entry BL C_Entry,无操作系统运行模式A,应用程序,引导程序,SDRAM,flash,2MB,16MB,0x000 0000,0x100 0000,0x120 0000,0x001 0000,LDR R1,=0x10000 MOV PC，R1,无操作系统的软件运行模式B,目前应用在手机上的操作系统主要 有PalmOS、Symbian、Windows CE和Linux四种。,Palm OS操作系统 Palm OS操作系统由Palm公司自行开发的，并授权给Handspring、索尼和高通等设备厂家，这种操作系统更倾向于PDA的操作系统。 Palm OS在PDA市场占有主导地位。Palm的产品线本身就包括智能手机，又宣布与最早的智能手机开发者Handspring购并，同时将软件部门独立。,Symbian是一个实时性、多任务的纯32位操作系统，具有功耗低、内存占用少等特点，非常适合手机等移动设备使用，经过不断完善，可以支持GPRS、蓝芽、SyncML、以及3G技术。最重要的是它是一个标准化的开放式平台，任何人都可以为支持Symbian的设备开发软件。,Symbian系统,第一款基于Symabian系统的手机是2000年上市的某款爱立信手机。而真正较为成熟的同时引起人们注意的则是2001年上市的诺基亚9210，它采用了Crystal分支的系统。而2002年推出的诺基亚7650与3650则是Symbian Pearl分系的机型，其中7650是第一款基于2.5G网的智能手机产品，他们都属于Symbian的6.0版本。,Windows CE系统,Windows CE系统包括 Pocket PC和Smartphone，前者针对无线PDA，后者专为手机，已有多个来自IT业的新手机厂商使用，增长率较快。 Pocket PC 2002 推出了应用在手机上的Phone Edition（电话版本），国内贴牌机多普达686就使用了这个系统。不过它在移动通讯方面的功能并不是很全面。针对这种情况，微软于2002年底发布了专门为手机开发的操作系统SmartPhone2002，像symbian Pearl一样，是专为移动通讯设备开发的系统。 虽然从众多手机厂商的反应来看，全球手机五大厂商中只有三星购买了微软的软件许可，所以其在手机市场上占有率还很低。,Linux系统 Linux系统件是一个源代码开放的操作系统，目前已经有很多版本流行。但尚未得到较广泛的支持。,操作系统：Symbian S40,诺基亚 6600S,诺基亚5230XM,Symbian OS 9.3 版,S60 第三版,诺基亚 6700s,Palm Web OS,palm Pixi Plus,夏新WinCE手机E8,Windows CE操作系统,摩托罗拉 V8,系统：Linux,摩托罗拉 A1600黄金版,软件系统开发概述,嵌入式系统的Bootloader，类似于PC上的 BIOS， 系统上电复位后，首先执行的一段程序，用以完成 整个系统的启动加载任务。,1.Bootloader的基本任务,Bootloader一般是被烧录或者下载到bootrom的0x0地址处，作为上电后执行的第一部分指令，bootloader需要完成两个任务：(1). memory remap, (2). 把kernel装载到SDRAM里合适的位置上去。在完成这两个任务后，bootloader就“功成身退”了。,2 4510B开发板上的存储介质,一块4510B开发板上，一般有三种存储介质： FLASH，SDRAM和4510片内的SRAM。,FLASH一般是只读的（只在运行的时候），而且一般都作为 bootrom使用，因为FLASH 里存储的内容在掉电的时候也不会 丢失，所以flash很适合作为bootrom，用来保存bootloader。,SDRAM，是可读写的存储介质，速度比FLASH快的多，在 系统运行的时候，SDRAM是主要的存储介质。但SDRAM里 的数据在掉电后即消失，无法用来保存数据。所以每次启动 的时候都需要bootloader将内核装重新装载到SDRAM里去。,在4510的片内还集成了8k的SRAM，SRAM也是可读写的， 一般作为系统的cache使用。,3一般程序结构,一般的可执行程序都包括代码段、数据段和BSS段。也可以简单的看作由两部分组成：RO段和RW段。 RO段一般包括代码段和一些常量，在运行的时候是只读的。 RW段包括一些全局变量和静态变量，在运行的时候是可以改变的（读写）。如果有部分全局变量被初始化为零，则RW段里还包括了ZI段。,RO: Read Only RW： Read Write ZI: Zero Init,RO段是只读的，在运行的时候不可以改变，所以，在运行的时候，RO段可以驻留在Flash里（当然也可以在SDRAM或者SRAM里了）。而RW段是可以读写的，所以，在运行的时候必须被装载到SDRAM或者SRAM里。,在ADS里，有一些预先定义了的变量可以用（linker defined symbol）。在下面的实现里，用到了几个预定义的变量： Image$RO$Base 该变量指定了RO段的 BASE Image$RO$Limit 该变量指定了RO段的 Limit Image$RW$Base 该变量指定了RW段的 BASE Image$RW$Limit 该变量指定了RW段的 Limit Image$ZI$Base 该变量指定了ZI段的 BASE Image$ZI$Limit 该变量指定了ZI段的 Limit,Image$RO$Limit 减 Image$RO$Base 等于RO段的大小 Image$RW$Limit 减 Image$RW$Base 等于RW段的大小 Image$ZI$Limit 减 Image$ZI$Base 等于ZI段的大小,4.程序的实现与分析：,（1）进入SVC32工作模式，并且禁止所有的中断,异常向量表,当异常发生时，处理器PC指针会强制性跳转到固定的地址处， 根据异常的类型不同，各地址也各部相同。,CODE32 AREA Init,CODE,READONLY ENTRY B Reset_Handler;启动后跳转到标号 ;Reset_Handler处 NOP ;未定义指令中断 NOP ;软件中断 NOP ;预取指令终止 NOP ;数据终止 NOP ;保留 NOP ;IRQ中断 NOP ;FIQ中断,没有使用中断时，在中断向量表处可存放NOP指令，需要使用 中断向量时，如IRQ中断时，在相应的中断向量地址处存放一 条跳转到中断服务程序的跳转指令即可。,NOP ;未定义指令中断 NOP ;软件中断 NOP ;预取指令终止 NOP ;数据终止 NOP ;保留 B IRQHandler ;IRQ中断 NOP ;FIQ中断,（2）初始化系统配置寄存器,系统配置寄存器SYSCFG决定了编址空间中特殊功能寄存器组 的起始地址，以及片内SRAM的使用方式和起始地址，应首先 对其初始化。（基址为0x3FF 0000）,因为试验板在硬件上只连接了一片Flash芯片，Bootloader 只需要对寄存器ROMCON0进行初始化，另外5个寄存器的 值设置为0.,ROMCON0 EQU 0x3FF3014 ;Flash配置寄存器地址,rfROMCON0 EQU 0x0200 0060,rROMCON1 EQU 0x0 rROMCON2 EQU 0x0 rROMCON3 EQU 0x0 rROMCON4 EQU 0x0 rROMCON5 EQU 0x0,【19：10】；该设置值左移16位即为ROM/SRAM/Flash组 的起始地址,【29：20】；该设置值左移16位减去1即为ROM/SRAM/ Flash组的结束地址,0x0200 0060,10位,19位,第一次映射设置为：00 0000 0000，起始地址为0x0,第一次映射设置为：00 0010 0000，结束地址为0x20 0000,第二次映射设置为：01 0000 0000，起始地址为0x100 0000,第二次映射设置为：01 0010 0000，结束地址为0x120 0000,DRAM/SDRAM控制寄存器DRAMCONn,试验板在硬件上只连接了一组3位SDRAM存储器，Bootloader 只需要对寄存器DRAMCON0进行初始化，另外3个寄存器的 值设置为0.,SDRAMCON0 EQU 0x3FF302C ;SDRAM配置寄存器地址,rfSDRAMCON0 EQU 0x14010380,rSDRAMCON1 EQU 0x0 rSDRAMCON2 EQU 0x0 rSDRAMCON3 EQU 0x0,【19：10】；该设置值左移16位即为SDRAM组 的起始地址,【29：20】；该设置值左移16位减去1即为SDRAM组的结束地址,系统配置寄存器SYSCFG,该寄存器决定系统管理器中特殊功能寄存器组的起始地址， 以及片内SRAM的使用方式和起始地址。,【15：6】；该设置值左移16位即为片内SRAM组 的起始地址,【25：16】；该设置值左移16位即特殊功能寄存器的起 始物理地址,SYSCFG EQU 0x3FF0000 ;系统配置寄存器地址,rSYSCFG EQU 0xE7FFFF90 ;系统配置寄存器赋值,LDR R1,=SYSCFG ;初始化syscfg寄存器 LDR R0,=rSYSCFG STR R0,R1,数据总线宽度寄存器EXTDBWTH,S3C4510B可以以8，16，32位的数据宽度访问外部ROM，SRAM，Flash存储器，通过设置数据宽度寄存器可以设定与特定外部存储器和外部I/O组相对应的数据宽度。,【1：0】；该设置ROM/SRAM/Flash组0的数据总线宽度 00 不允许 01 字节 （8） 10 半字 （16） 11 字 （32）,EXTDBWTH EQU 0x3FF3010 ;数据宽度寄存器地址,rEXTDBWTH EQU 0x00003002 ;数据宽度寄存器的赋值,【13：12】；该设置DRAM组0的数据总线宽度,rEXTDBWTH EQU 0x00003002 ;数据宽度寄存器的赋值,说明： ROM/SRAM/Flash组0中连接了16位的Flash芯片， DRAM组0中连接了32位的SDRAM 其余没有使用的组均设置为00，表示没有连接物理设备。,LDR R1,=EXTDBWTH ;初始化 EXTDBWTH寄存器 LDR R0,=rEXTDBWTH STR R0,R1,EXTDBWTH EQU 0x3FF3010 ;数据宽度寄存器地址,rEXTDBWTH EQU 0x00003002 ;数据宽度寄存器的赋值,DRAM刷新与外部I/O控制寄存器REFEXTCON,REFEXTCON EQU 0x3FF303C,rREFEXTCON EQU 0xCE338360,初始化系统配置寄存器，数据宽度寄存器的程序为：,Reset_Handler LDR R1,=SYSCFG ;初始化syscfg寄存器 LDR R0,=rSYSCFG STR R0,R1 LDR R1,=EXTDBWTH ;初始化EXTDBWTH寄存器 LDR R0,=rEXTDBWTH STR R0,R1,（3）进行第一次存储器映射,板子刚上电后，只有Flash是可用的（在这里我们不考虑片内SRAM）。SDRAM没有被初始化，是不可用的。,LDR r0, =ROMCON0 ;把flash映射到0x0-0x20，把sdram映射到0x40-0x140 LDR r1, =rfROMCON0 LDR r2, =rROMCON1 LDR r3, =rROMCON2 LDR r4, =rROMCON3 LDR r5, =rROMCON4 LDR r6, =rROMCON5 LDR r7, =rfSDRAMCON0 LDR r8, =rSDRAMCON1 LDR r9, =rSDRAMCON2 LDR r10,=rSDRAMCON3 LDR r11,=rREFEXTCON STMIA r0, r1-r11,将地址从r0处开始的数据内容传送至r1-r11，将各寄存器 的赋值一次性写入相应的特殊功能寄存器。,（4）从Flash复制程序到SDRAM,第一次映射中SDRAM 0x40 00000x140 0000处，由于 SDRAM具有更快的读、写速度，所以将程序从Flash中复制 到SDRAM中执行。,ldr r0, =0x0 ;初始化复制数据的源地址 ldr r1, =0x200000 ;初始化循环次数 ldr r2, =0x400000 ;初始化复制数据的目的地址,flash_copy ;把程序从flash拷贝到sdram ldr r3, r0, #4 str r3, r2, #4 subs r1, r1, #4 bne flash_copy,（5）进行第二次存储器映射,将SDRAM存储器地址映射成0x00x100 0000，将Flash 存储器地址映射到0x120 0000 0x140 0000.,由于Flash存储器比SDRAM容量小，读写速度慢，而ARM芯片的硬件构成决定了异常向量必须存放在0x0处， 如果将Flash映射到0x0，将明显减少系统对异常的处理时间，在Flash中不方便对异常向量表的修改通常将异常向量表存放到SDRAM中，因此要进行第二次映射。,实现第二次映射的程序：,LDR r0, =ROMCON0 ;把flash映射到0x0-0x20， ; 把sdram映射到0x40-0x140 LDR r1, =rsROMCON0 LDR r2, =rROMCON1 LDR r3, =rROMCON2 LDR r4, =rROMCON3 LDR r5, =rROMCON4 LDR r6, =rROMCON5 LDR r7, =rsSDRAMCON0 LDR r8, =rSDRAMCON1 LDR r9, =rSDRAMCON2 LDR r10,=rSDRAMCON3 LDR r11,=rREFEXTCON STMIA r0, r1-r11,SDRAM在016M的位置，而flash被映射到到了1618M的位置。由于在SDRAM有一份bootloader的拷贝，所以在重新后bootloader可以继续执行。,（6）初始化堆栈指针，使用mov，msr指令,mov r0, #0x12 MSR cpsr_c, r0 mov sp,#0x700000 ;设置IRQ堆栈指针 ; mov r0,#0x11 MSR cpsr_c, r0 mov sp,#0x7f0000 ;设置FIQ堆栈指针 mov r0,#0x13 MSR cpsr_c, r0 mov sp,#0x800000 ;设置SVC堆栈指针,运行模式为M【4：0】的具体含义,mov r0, #0x12 MSR cpsr_c, r0 mov sp