ARM启动及工作模式切换

ARM 启动及工作模式切换一、原理 如何让嵌入式系统快速稳定地启动是一个重要问题。嵌入式系统的资源有限，程序通常都是固化在ROM 中运行。但在实际应用中，为提高系统的实时性，加快代码的执行速度，系统启动后程序往往要被搬移到RAM 中，因为RAM 的存取速度要比ROM 快得多，这样大大提升系统的性能。启动程序要完成的任务包括：硬件初始化，系统存储系统的配置，复制二级中断向量表。二、启动程序过程 系统硬件初始化系统上电或复位后，程序从位于地址0x0 的Reset Exception Vector 处开始执行，因此需要在这里放置Bootloader 的第一条指令：b ResetHandler，跳转到标号为ResetHandler 处进行第一阶段的硬件初始化，主要内容为：关看门狗定时器，关中断，初始化PLL 和时钟，初始化存储器系统。执行完以上程序后，系统进行堆栈和存储器的初始化。系统堆栈初始化取决于用户使用了哪些中断，以及系统需要处理哪些错误类型。一般情况下，管理者堆栈必须设置，如果使用了IRQ 中断，则IRQ 堆栈也必须设置。如果系统使用了外设，则需要设置相关的寄存器，以确定其刷新频率、总线宽度等信息。 代码段复制到RAM 中运行因为嵌入式系统的代码通常都是固化在ROM或者Flash 中，上电后开始运行。由于ROM和Flash 的读取速度相对较慢，这样无疑会降低代码的执行速度和系统的运行效率。为此，需要把系统的代码复制到RAM 中运行。使用SDT 链接器ARMLink 产生的定位信息，把RO 的有效代码和数据段到RAM 中。ARMLink 将编译后的程序链接成ELF 文件。映像文件内部共有三种输出段：RO 段、RW 段和ZI 段。这三种输出段分别包含了只读代码及包含在代码段中的少量数据、可读写的数据、初始化为0 的数据，ARMLink 同时还产生了这三种输出段的起始和终止定位信息： Image$RO$Base 、Image$RO$Limit 、image$RW$Base、Image$Limit、Image$Linit 和Image$ZI$Limit。可以在程序中使用这些定位信息。将ROM 中的代码和数据搬移到RAM 中。 建立二级中断向量表在ARM 系统中，中断向量表位于0x 开始的地址处，意味着无论运行什么样的上层软件，一旦发生中断，程序就得到Flash 存储器中的中断向量表里去，降低系统的运行效率。因此在RAM 中建立自己的二级中断向量表，当中断发生后，程序直接从RAM 中取中断向量进入中断子程序。尤其是在中断频繁发生的系统里，这种方法可以大大提高系统的运行效率。 MMU 的应用MMU 是存储器管理单元的缩写，是用来管理虚拟内存系统的器件。MMU 通常是CPU的一部分，本身有少量存储空间存放从虚拟地址到物理地址的匹配表，此表称作TLB（转换旁置缓冲区）。所有数据请求都送往MMU，由MMU 决定数据是在RAM 内还是在大容量外部存储器设备内。如果数据不在存储空间内，MMU 将产生页面错误中断。MMU 存储器系统的结构允许对存储器系统的精细控制，大部分的控制细节由存在存储器中的转换表提供。这些表的入口定义了从1KB1MB 的各种存储器区域的属性。MMU 完成的两个主要功能是：将虚地址转换成物理地址，控制存储器存取允许。MMU 关掉时，虚地址直接输出到物理地址总线。SDRAM 地址分配三、启动代码完成的主要功能1） 建立异常中断的入口向量2） 建立中断向量表3） 为ARM 每种运行模式设置堆栈4） 初始化ARM 的MPLL 时钟5） 初始化MMU（内存管理单元）6） 初始化存储器控制器7） 关闭看门狗、关闭中断8） 判断IRQ 中断的中断入口9） 将RW 段的内容从flash 拷贝到SDRAM，初始化ZI 段为010） 跳转到应用程序（C 代码）四、S3C2410 初始化说明1 创建中断向量表中断向量表创建到SDRAM 高位地址上，主要是因为SDRAM 的地址位置需要放置执行的映象程序，而且在SDRAM 中查找向量表速度会快很多。中断向量表放置时需要字对齐。 ALIGN ;通过添加补丁字节使当前位置满足一定的对齐方式 ;可读写的数据段 AREA RamData, DATA, READWRITE;=MAP:定义一个结构化的内存表（storage map）的首地址，地址为0x33ff8000 _ISR_STARTADDRESS ;0x33ff8000HandleReset # 4 ;#Field：定义一个结构化内存表中的数据域，该域为4 个字节HandleUndef # 4HandleSWI # 4HandlePabort # 4HandleDabort # 4HandleReserved # 4HandleIRQ # 4HandleFIQ # 4;Dont use the label IntVectorTable,;The value of IntVectorTable is different with the address you think it may be.;IntVectorTableHandleEINT0 # 4HandleEINT1 # 4HandleEINT2 # 4HandleEINT3 # 4HandleEINT4_7 # 4HandleEINT8_23 # 4HandleRSV6 # 4HandleBATFLT # 4HandleTICK # 4HandleWDT # 4HandleTIMER0 # 4HandleTIMER1 # 4HandleTIMER2 # 4HandleTIMER3 # 4HandleTIMER4 # 4HandleUART2 # 4HandleLCD # 4HandleDMA0 # 4HandleDMA1 # 4HandleDMA2 # 4HandleDMA3 # 4HandleMMC # 4HandleSPI0 # 4HandleUART1 # 4HandleRSV24 # 4HandleUSBD # 4HandleUSBH # 4HandleIIC # 4HandleUART0 # 4HandleSPI1 # 4HandleRTC # 4HandleADC # 42 创建异常中断的入口函数b ResetHandlerb HandlerUndef ;handler for Undefined modeb HandlerSWI ;handler for SWI interruptb HandlerPabort ;handler for PAbortb HandlerDabort ;handler for DAbortb . ;reservedb HandlerIRQ ;handler for IRQ interruptb HandlerFIQ ;handler for FIQ interrupt异常向量的入口函数是由8 个跳转指令组成的，这8 个跳转指令需要按照顺序放置到固定的地址上，地址是0x000x1c，这8 个跳转指令是ARM 汇编指令，所以条指令占4 个字节的位置。3 关闭看门狗、关闭中断ldr r0,=WTCON ;watch dog disableldr r1,=0x0str r1,r0ldr r0,=INTMSKldr r1,=0xffffffff ;all interrupt disablestr r1,r0ldr r0,=INTSUBMSKldr r1,=0x3ff ;all sub interrupt disablestr r1,r04 设置ARM 的主时钟频率;To reduce PLL lock time, adjust the LOCKTIME register.ldr r0,=LOCKTIMEldr r1,=0xffffffstr r1,r0;Configure MPLLldr r0,=MPLLCONldr r1,=（M_MDIV12）+（M_PDIV4）+M_SDIV） ;Fin=12MHz,Fout=50MHzstr r1,r05 设置存储器控制器 ;Set memory control registers adr r0, SMRDATA ldr r1,=BWSCON ;BWSCON Address add r2, r0, #52 ;End address of SMRDATA 一共13 个寄存器0 ldr r3, r0, #4 str r3, r1, #4 cmp r2, r0 bne %B0LTORG ;声明一个数据缓冲池的开始SMRDATA DATADCD 0x2211D110 ; BWSCONDCD 0x0700 ; BANKCON0DCD 0x7FFC ; BANKCON1DCD 0x0700 ; BANKCON2DCD 0x0700 ; BANKCON3DCD 0x0700 ;BANKCON4DCD 0x0700 ;BANKCON5DCD 0x18005 ;BANKCON6DCD 0x18005 ; BANKCON7DCD 0x008E0459 ;REFRESHDCD 0x32 ;BANKSIZE=0x32DCD 0x30 ;MRSR6 CL=3clkDCD 0x30 ;MRSR7以上是对S3C2410A 的存储器进行初始化，存储器的初始化是和具体的硬件平台相关的，具体的内容见S3C2410A 的使用手册。6 堆栈初始化及ARM 工作模式转换UserStack EQU （_STACK_BASEADDRESS-0x3800） ;0x33ff4800 SVCStack EQU （_STACK_BASEADDRESS-0x2800） ;0x33ff5800 UndefStack EQU （_STACK_BASEADDRESS-0x2400） ;0x33ff5c00 AbortStack EQU （_STACK_BASEADDRESS-0x2000） ;0x33ff6000 IRQStack EQU （_STACK_BASEADDRESS-0x1000） ;0x33ff7000 FIQStack EQU （_STACK_BASEADDRESS-0x0） ;0x33ff8000 InitStacks;UndefMode 堆栈mrs r0,cpsrbic r0,r0,#MODEMASKorr r1,r0,#UNDEFMODE|NOINTmsr cpsr_cxsf,r1 ;UndefModeldr sp,=UndefStack;AbortMode 堆栈orr r1,r0,#ABORTMODE|NOINTmsr cpsr_cxsf,r1 ;AbortModeldr sp,=AbortStack;IRQMode 堆栈orr r1,r0,#IRQMODE|NOINTmsr cpsr_cxsf,r1 ;IRQModeldr sp,=IRQStack;FIQMode 堆栈orr r1,r0,#FIQMODE|NOINTmsr cpsr_cxsf,r1 ;FIQModeldr sp,=FIQStack;SVCMode 堆栈bic r0,r0,#MODEMASK|NOINTorr r1,r0,#SVCMODEmsr cpsr_cxsf,r1 ;SVCModeldr sp,=SVCStackmov pc,lr7 将RW 内容从flash 中copy 到SDRAM 中，并将ZI 内容初始化为0 adr r0, ResetEntry ldr r2, BaseOfROM cmp r0, r2 ldreq r0, TopOfROM beq InitRam ldr r3, TopOfROM;将RO 区域的代码copy 到RW 域中并且将ZI 区域初始化为0。0 ldmia r0!, stmia r2!, cmp r2, r3 bcc %B0 sub r2, r2, r3 sub r0, r0, r2InitRam ldr r2, BaseOfBSS ldr r3, BaseOfZero0 cmp r2, r3 ;copy 初始化代码 ldrcc r1, r0, #4 strcc r1, r2, #4 bcc %B0 mov r0, #0 ;初始化ZI 区域为0 ldr r3, EndOfBSS