ARM7嵌入式系統中啟動(dòng)程序的實(shí)現

在我們研制開(kāi)發(fā)基于ARM7的嵌入式系統過(guò)程中，發(fā)現技術(shù)難點(diǎn)主要在于系統啟動(dòng)程序的編寫(xiě)，為此本文詳細論述了在arm7基礎上開(kāi)發(fā)嵌入式系統時(shí)啟動(dòng)程序的實(shí)現。
1.啟動(dòng)程序流程
嵌入式系統的資源有限,程序通常都是固化在ROM中運行。ROM中程序執行前，需要對系統硬件和軟件運行環(huán)境進(jìn)行初始化，這些工作由用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的啟動(dòng)程序完成。
啟動(dòng)程序是嵌入式程序的開(kāi)頭部分，應與應用程序一起固化在ROM中，并首先在系統上運行。它應包含進(jìn)各模塊中可能出現的所有段類(lèi)，并合理安排它們的次序。
寫(xiě)好啟動(dòng)程序是設計好嵌入式程序的關(guān)鍵,系統啟動(dòng)程序所執行的操作依賴(lài)于正在開(kāi)發(fā)其軟件的系統，一般流程如下:

進(jìn)入應用程序主循環(huán)

2．詳細步驟
⑴設置入口指針
啟動(dòng)程序首先必須定義入口指針，而且整個(gè)應用程序只有一個(gè)入口指針。
⑵設置中斷向量
arm7要求中斷向量表必須設置在從0地址開(kāi)始，連續8×4字節的空間，分別是復位、未定義指令錯誤、軟件中斷、預取指令錯誤、數據存取錯誤、IRQ、FIQ和一個(gè)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到中斷服務(wù)程序，否則向量必須被動(dòng)態(tài)初始化?？梢栽趩?dòng)程序中添加一段代碼，使其在運行時(shí)將向量表拷貝到0地址開(kāi)始的存儲器空間。
對于各未用中斷，使其指向一個(gè)只含返回指令的啞函數，以防止錯誤中斷引起系統的混亂。
⑶初始化堆棧和寄存器
系統堆棧初始化取決于用戶(hù)使用了哪些中斷，以及系統需要處理哪些錯誤類(lèi)型。一般來(lái)說(shuō)管理者堆棧必須設置，如果使用了IRQ中斷，則IRQ堆棧也必須設置。
如果系統使用了DRAM或其它外設，需要設置相關(guān)的寄存器，以確定其刷新頻率，數據總線(xiàn)寬度等信息。
⑷初始化存儲器系統
有些芯片可通過(guò)寄存器編程初始化存儲器系統，而對于較復雜系統通常集成有MMU來(lái)管理內存空間。
⑸如有必要改變處理器模式、狀態(tài)
如果系統應用程序是運行在用戶(hù)模式下，可在此處將系統改為用戶(hù)模式并初始化用戶(hù)堆棧指針。
⑹初始化C語(yǔ)言所需的存儲器空間。

為正確運行應用程序，在初始化期間應將系統需要讀寫(xiě)的數據和變量從ROM拷貝到RAM里；一些要求快速響應的程序，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(xiě)入操作也一定要在RAM里運行。arm公司軟件開(kāi)發(fā)工具包中的鏈接器提供了分布裝載功能，可以實(shí)現這一目的。
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(yǔ)言程序編譯成16位的代碼。處理器一開(kāi)始總在arm狀態(tài)，可使用BX指令轉換到thumb狀態(tài)呼叫C程序。要注意的是用Ｃ語(yǔ)言編寫(xiě)嵌入式程序時(shí)，要避免使用不能被固化到ＲＯＭ中的庫函數。
3．技術(shù)難點(diǎn)分析
⑴MMU的使用
MMU是存儲器管理單元的縮寫(xiě)，是用來(lái)管理虛擬內存系統的器件。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(chēng)作TLB(轉換旁置緩沖區)。所有數據請求都送往MMU，由MMU決定數據是在RAM內還是在大容量存儲器設備內。如果數據不在存儲空間內，MMU將產(chǎn)生頁(yè)面錯誤中斷。
MMU的兩個(gè)主要功能是:1、將虛地址轉換成物理地址。2、控制存儲器存取允許。MMU關(guān)掉時(shí)，虛地址直接輸出到物理地址總線(xiàn)。
在實(shí)踐中，使用MMU解決了如下幾個(gè)問(wèn)題：
①使用DRAM作為大容量存儲器時(shí)，如果DRAM的行列是非平方的，會(huì )導致該DRAM的物理地址不連續，這將給程序的編寫(xiě)調試造成極大不便，而適當配置MMU可將其轉換成虛擬地址連續的空間。
②arm內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(wú)法調試中斷服務(wù)程序，所以在調試階段有必要將可讀寫(xiě)的存儲器空間映射到0地址。
③系統的某些地址段是不允許被訪(fǎng)問(wèn)的，否則會(huì )產(chǎn)生不可預料的后果,為了避免這類(lèi)錯誤,可以通過(guò)MMU匹配表的設置將這些地址段設為用戶(hù)不可存取類(lèi)型。