ARM啟動(dòng)代碼設計參考

基于ARM的芯片多數為復雜的片上系統，這種復雜系統里的多數硬件模塊都是可配置的，需要由軟件來(lái)設置其需要的工作狀態(tài)。因此在用戶(hù)的應用程序之前，需要由專(zhuān)門(mén)的一段代碼來(lái)完成對系統的初始化。由于這類(lèi)代碼直接面對處理器內核和硬件控制器進(jìn)行編程，一般都是用匯編語(yǔ)言。一般通用的內容包括： 
l         中斷向量表 
l         初始化存儲器系統 
l         初始化堆棧 
l         初始化有特殊要求的斷口，設備 
l         初始化用戶(hù)程序執行環(huán)境 
l         改變處理器模式 
l         呼叫主應用程 
1. 中斷向量表 
ARM要求中斷向量表必須放置在從0地址開(kāi)始，連續8X4字節的空間內。 
每當一個(gè)中斷發(fā)生以后，ARM處理器便強制把PC指針置為向量表中對應中斷類(lèi)型的地址值。因為每個(gè)中斷只占據向量表中1個(gè)字的存儲空間，只能放置一條ARM指令，使程序跳轉到存儲器的其他地方，再執行中斷處理。 
中斷向量表的程序實(shí)現通常如下表示： 
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，因為編譯器可能會(huì )認為這是一段亢余代碼而加以?xún)?yōu)化。鏈接的時(shí)候要確保這段代碼被鏈接在0地址處，并且作為整個(gè)程序的入口。  
2. 初始化存儲器系統 
(1)存儲器類(lèi)型和時(shí)序配置 
通常Flash和SRAM同屬于靜態(tài)存儲器類(lèi)型，可以合用同一個(gè)存儲器端口；而DRAM因為有動(dòng)態(tài)刷新和地址線(xiàn)復用等特性，通常配有專(zhuān)用的存儲器端口。 
存儲器端口的接口時(shí)序優(yōu)化是非常重要的，這會(huì )影響到整個(gè)系統的性能。因為一般系統運行的速度瓶頸都存在于存儲器訪(fǎng)問(wèn)，所以存儲器訪(fǎng)問(wèn)時(shí)序應盡可能的快；而同時(shí)又要考慮到由此帶來(lái)的穩定性問(wèn)題。 
(2)存儲器地址分布 
一種典型的情況是啟動(dòng)ROM的地址重映射。 
3. 初始化堆棧 
因為ARM有7種執行狀態(tài)，每一種狀態(tài)的堆棧指針寄存器（SP）都是獨立的。因此，對程序中需要用到的每一種模式都要給SP定義一個(gè)堆棧地址。方法是改變狀態(tài)寄存器內的狀態(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模式的堆棧設置，因為進(jìn)入User模式后就不能再操作CPSR回到別的模式了，可能會(huì )對接下去的程序執行造成影響。 
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(jiàn)，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  
4. 初始化有特殊要求的端口，設備 
5. 初始化應用程序執行環(huán)境 
映像一開(kāi)始總是存儲在ROM／Flash里面的，其RO部分即可以在ROM／Flash里面執行，也可以轉移到速度更快的RAM中執行；而RW和ZI這兩部分是必須轉移到可寫(xiě)的RAM里去。所謂應用程序執行環(huán)境的初始化，就是完成必要的從ROM到RAM的數據傳輸和內容清零。 
下面是在A(yíng)DS下，一種常用存儲器模型的直接實(shí)現： 
LDR    r0,=|Image$$RO$$Limit|      ;得到RW數據源的起始地址 
LDR    r1,=|Image$$RW$$Base|      ;RW區在RAM里的執行區起始地址 
LDR    r2,=|Image$$ZI$$Base|        ;ZI區在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 
程序實(shí)現了RW數據的拷貝和ZI區域的清零功能。其中引用到的4個(gè)符號是由鏈接器第一輸出的。 
|Image$$RO$$Limit|：表示RO區末地址后面的地址，即RW數據源的起始地址 
|Image$$RW$$Base|：RW區在RAM里的執行區起始地址，也就是編譯器選項RW_Base指定的地址 
|Image$$ZI$$Base|：ZI區在RAM里面的起始地址 
|Image$$ZI$$Limit|：ZI區在RAM里面的結束地址后面的一個(gè)地址 
程序先把ROM里|Image$$RO$$Limt|開(kāi)始的RW初始數據拷貝到RAM里面|Image$$RW$$Base|開(kāi)始的地址，當RAM這邊的目標地址到達|Image$$ZI$$Base|后就表示RW區的結束和ZI區的開(kāi)始，接下去就對這片ZI區進(jìn)行清零操作，直到遇到結束地址|Image$$ZI$$Limit| 
6. 改變處理器模式 
因為在初始化過(guò)程中，許多操作需要在特權模式下才能進(jìn)行（比如對CPSR的修改），所以要特別注意不能過(guò)早的進(jìn)入用戶(hù)模式。 
內核級的中斷使能也可以考慮在這一步進(jìn)行。如果系統中另外存在一個(gè)專(zhuān)門(mén)的中斷控制器，這么做總是安全的。 
7. 呼叫主應用程序 
當所有的系統初始化工作完成之后，就需要把程序流程轉入主應用程序。最簡(jiǎn)單的一種情況是： 
IMPORT main 
B      main 
直接從啟動(dòng)代碼跳轉到應用程序的主函數入口，當然主函數名字可以由用戶(hù)隨便定義。 
在A(yíng)RM ADS環(huán)境中，還另外提供了一套系統級的呼叫機制。 
IMPORT __main 
B     __main 
__main()是編譯系統提供的一個(gè)函數，負責完成庫函數的初始化和初始化應用程序執行環(huán)境，最后自動(dòng)跳轉到main()函數。