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ARM启动代码详解.

PART1

系统初始化流程如下:禁止看门狗----》在中断控制器中屏蔽所有中断----》系统时钟设置----》初始化端口----》DMA设置----》cashe和总线设置----》存储器设置,初始化SDRAM----》初始化堆栈----》设置IRQ和FIQ的入口----》地址重映射。必须由汇编来完成的任务有:异常中断向量表的设置、IRQ向量表(向量模式或ISR 初始化(非向量模式、二级ISR地址表的定义、Flash和SDRAM的设置(否则系统无法加载代码、堆栈设置和模式切换、拷贝RW和ZI代码、设置系统时钟等。对于非向量模式,不使用IRQ中断向量表,但二级ISR地址表的设置是相同的。

PART2

理解启动代码(ADS

所谓启动代码,就是处理器在启动的时候执行的一段代码,主要任务是初始化处理器模式,设置堆栈,初始化变量等等.由于以上的操作均与处理器体系结构和系统配置密切相关,所以一般由汇编来编写.

具体到S64,启动代码分成两部分,一是与ARM7TDMI内核相关的部分,包括处理器各异常向量的配置,各处理器模式的堆栈设置,如有必要,复制向量到RAM,以便remap之后处理器正确处理异常,初始化数据(包括RW与ZI,最后跳转到Main.二是与处理器外部设备相关的部

分,这和厂商的联系比较大.虽然都采用了ARM7TDMI的内核,但是不同的厂家整合了不同的片上外设,需要不同的初始化,其中比较重要的是初始化WDT,初始化各子系统时钟,有必要的话,进行remap.这一部分与一般控制器的初始化类似,因此,本文不作重点描述.

在进行分析之前,请确认如下相关概念:

S64片上FLASH起始于0x100000,共64kB,片上RAM起始于0x200000,共

16kB.

S64复位之后,程序会从0开始执行,此时FLASH被映射到0地址,因此,S64可以取得指令并执行.显然,此时还是驻留在0x100000地址.如果使用remap命令,将会把RAM映射到0地址,同样的这时0地址的内容也只是RAM的镜像.

S64的FLASH可以保证在最差情况时以30MHz进行单周期访问,而RAM可以保证在最大速度时的单周期访问.

OK,以下开始分析启动代码.

一,处理器异常

S64将异常向量至于0地址开始的几个直接,这些是必需要处理的.由于复位向量位于0,也需要一条跳转指令.具体代码如下:

RESET

B SYSINIT ; Reset

B UDFHANDLER ; UNDEFINED

B SWIHANDLER ; SWI

B PABTHANDLER ; PREFETCH ABORT

B DABTHANDLER ; DATA ABORT

B . ; RESERVED

B VECTORED_IRQ_HANDLER

B . ; ADD FIQ CODE HERE UDFHANDLER

B . SWIHANDLER

B . PABTHANDLER

B . DABTHANDLER

B .

请注意,B指令经汇编后会替换为当前PC值加上一个修正值(+/-,所以这条指令是代码位置无关的,也就是不管这条指令是在0地址还是在0x100000执行,都能跳转到指定的位置,而LDR PC,=???将向PC直接装载一个标号的值,请注意,标号在编译

过后将被替换为一个与RO 相对应的值,也就是说,这样的指令无论在哪里执行,都只会跳转到一个指定的位置.下面举一个具体的例子来说明两者的区别: 假定有如下程序:

RESET

B INIT 或者LDR PC,=INIT

…

INIT

…

其中RESET为起始时的代码,也就是这条代码的偏移为0,设INIT的偏移量为offset.如果将这段程序按照RO=0x1000000编译, 那么B INIT可理解为ADD PC, PC, #offset,而LDR PC,=INIT可被理解为MOV PC,#(RO+offset .显然当系统复位时,程序从0开始运行,而0地址有FLASH的副本,执行B INIT将把PC指向位于0地址处

的镜像代码位置,也即INIT;如果执行LDR PC,=INIT将会将PC 直接指向位于FLASH中的原始代码.因此以上两者都能正确运行.下面将RO设置为0x200000,编

译后生成代码,还是得烧写到FLASH中,也就是还是0x100000,系统复位后从0地址执行,还是FLASH的副本,此时执行B INIT,将跳到副本中的INIT位置执行,此处有

对应的代码;但是如果执行LDR PC,=INIT,将向PC加载0x200000+offset,这将使得PC跳到RAM中,而此时由于代码没有复制,RAM中的指定位置并没有代码,程序无法运行.

二,处理器模式

ARM的处理器可工作于多种模式,不同模式有不同的堆栈,以下设置各模式及其堆栈.

预定义一些参数:

MODUSR EQU 0x10

MODSYS EQU 0x1F

MODSVC EQU 0x13

MODABT EQU 0x17

MODUDF EQU 0x1B

MODIRQ EQU 0x12

MODFIQ EQU 0x11

IRQBIT EQU 0x80

FIQBIT EQU 0x40

RAMEND EQU 0x00204000 ; S64 : 16KB RAM

VECTSIZE EQU 0x100 ;

UsrStkSz EQU 8 ; size of USR stack SysStkSz EQU 128 ; size of SYS stack SvcStkSz EQU 8 ; size of SVC stack UdfStkSz EQU 8 ; size of UDF stack AbtStkSz EQU 8 ; size of ABT stack IrqStkSz EQU 128 ; size of IRQ stack FiqStkSz EQU 16 ; size of FIQ stack

修改这些值即可修改相应模式堆栈的尺寸.

以下为各模式代码:

SYSINIT

;

MRS R0,CPSR

BIC R0,R0,#0x1F

MOV R2,#RAMEND

ORR R1,R0,#(MODSVC :OR: IRQBIT :OR: FIQBIT MSR cpsr_cxsf,R1 ; ENTER SVC MODE

MOV sp,R2

SUB R2,R2,#SvcStkSz

ORR R1,R0,#(MODFIQ :OR: IRQBIT :OR: FIQBIT MSR CPSR_cxsf,R1 ; ENTER FIQ MODE

MOV sp,R2

SUB R2,R2,#FiqStkSz

ORR R1,R0,#(MODIRQ :OR: IRQBIT :OR: FIQBIT MSR CPSR_cxsf,R1 ; ENTER IRQ MODE

MOV sp,R2

SUB R2,R2,#IrqStkSz

ORR R1,R0,#(MODUDF :OR: IRQBIT :OR: FIQBIT

MSR CPSR_cxsf,R1 ; ENTER UDF MODE

MOV sp,R2

SUB R2,R2,#UdfStkSz

ORR R1,R0,#(MODABT :OR: IRQBIT :OR: FIQBIT

MSR CPSR_cxsf,R1 ; ENTER ABT MODE

MOV sp,R2

SUB R2,R2,#AbtStkSz

;ORR R1,R0,#(MODUSR :OR: IRQBIT :OR: FIQBIT

;MSR CPSR_cxsf,R1 ; ENTER USR MODE

;MOV sp,R2

;SUB R2,R2,#UsrStkSz

ORR R1,R0,#(MODSYS :OR: IRQBIT :OR: FIQBIT

MSR CPSR_cxsf,R1 ; ENTER SYS MODE

MOV sp,R2 ;

三,初始化变量

编译完成之后,连接器会生成三个基本的段,分别是RO,RW,ZI,并会在image中顺序摆放.显然,RW,ZI在运行开始时并不位于指定的

RW位置,因此必须初始化

LDR R0,=|Image$$RO$$Limit|

LDR R1,=|Image$$RW$$Base|

LDR R2,=|Image$$ZI$$Base|

CMP R1,R2

LDRLO R3,[R0],#4

STRLO R3,[R1],#4

BLO %B1

MOV R3,#0

LDR R1,=|Image$$ZI$$Limit|

CMP R2,R1

STRLO R3,[R2],#4

BLO %B2

四,复制异常向量

由于代码于RAM运行时,有明显的速度优势,而且变量可以动态配置,因此可以通过remap将RAM映射到0,使得出现异常时ARM从RAM中取得向量.

IMPORT |Image$$RO$$Base|

IMPORT |Image$$RO$$Limit|

IMPORT |Image$$RW$$Base|

IMPORT |Image$$RW$$Limit|

IMPORT |Image$$ZI$$Base|

IMPORT |Image$$ZI$$Limit|

COPY_VECT_TO_RAM

LDR R0,=|Image$$RO$$Base|

LDR R1,=SYSINIT

LDR R2,=0x200000 ; RAM START

CMP R0,R1

LDRLO R3,[R0],#4

STRLO R3,[R2],#4

BLO %B0

这段程序将SYSINIT之前的代码,也就是异常处理函数,全部复制到RAM中, 这就意味着不能将RW设置为0x200000,这样会使得向量被冲掉.

四,在RAM中运行

如果有必要,且代码足够小,可以将代码置于RAM中运行,由于RAM中本身没有代码,就需要将代码复制到RAM中:

COPY_BEGIN

LDR R0,=0x200000

LDR R1,=RESET ; =|Image$$RO$$Base|

CMP R1,R0 ;

BLO COPY_END ;

ADR R0,RESET

ADR R2,COPY_END

SUB R0,R2,R0

ADD R1,R1,R0

LDR R3,=|Image$$RO$$Limit|

CMP R1,R3

LDRLO R4,[R2],#4

STRLO R4,[R1],#4

BLO %B3

LDR PC,=COPY_END

COPY_END

程序首先取得RESET的连接地址,判断程序是否时是在RAM中运行,方法是与RAM起始地址比较,如果小于,那么就跳过代码复制.

在复制代码的时候需要注意,在这段程序结束之前的代码没有必要复制,因为这些代码都已经执行过了,所以,先取得COPY_END,作为复制起始地址,然后计算其相对RESET的偏移,然后以RO的值加上这个偏移,就是复制目的地的起始地址,然后开始复制.

五,开始主程序

以上步骤完成,就可以跳转到main运行

IMPORT Main

LDR PC,=Main

B .

六,器件初始化

主程序首先要进行器件的初始化,对S64而言,应该先初始化WDT,因为默认情况下,WDT是打开的,然后是各设备的时钟分配,最后应该remap.

以上是必要的启动步骤,实际应用中可以根据具体情况添加一些代码.

PART3

ARM启动程序分析

字体: 小中大 | 打印发布: 2007-7-17 11:05 作者: 网络转载来源: 网络查看: 4次

ARM启动程序分析

TIMER1用来触发和IRQ中断代码在FLASH中运行

这个例子有一下几个文件:

1. 中断向量表(ivt.s

2. 汇编启动代码 (init.s

3. C主函数文件

中断向量表

;代码必须链接在地址0X0。这里提供了ARM内核的中断向量

; ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– ; 汇编指令

; ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– AREA IVT, CODE ; 新代码段

CODE32 ; ARM指令

IMPORT start ; 在这段中没有定义

Entry ; 定义程序进入点

; ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– LDR PC,

=start

LDR PC, Undefined_Addr

LDR PC,_Addr

LDR PC, Prefetch_Addr

LDR PC, Abort_Addr

; 在地址0x14用户应该插入一个标记(校验和.

; 此标记让引导程序决定是否在Flash中有有效的用户代码,目前大多数FLASH 编程工具(debuggers and ISP utility

; 有这个内置的功能,因此用户不用考虑这个问题.假如开发工具没有提供这种

功能,那么这个值必须自己计算,并把计算得到的值写到地址0x14. 计算校验和的细

节可以参考LPC2104/5/6用户指南的FLASH编程章节.

DCD ... .

LDR PC, [PC, #–0xFF0]

LDR PC, FIQ_Addr

Undefined_Addr DCD Undefined_HandlerPrefetch_Addr DCD Prefetch_Handler Abort_Addr DCD Abort_Handler

FIQ_Addr DCD FIQ_Handler

; ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– ; 异常处理

; ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––Undefined_Handler

B Undefined_HandlerB_Handler

Prefetch_Handler

B Prefetch_Handler

Abort_Handler

B Abort_Handler

FIQ_Handler

B FIQ_Handler

END

系统复位后,第一条要执行的指令是:

LDR PC,=start

这条指令将跳转到汇编的起始代码(startup,他将中断使能,为IRQ 和管理模式设置堆栈

;比较重要的中断向量是IRQ中断.

LDR PC, [PC, #–0xFF0]

;这条指令将从中断向量控制控制器(VIC中的地址寄存器 (0xFFFF F030 导入PC,并执行.

;所有剩余的向量都有中断句柄

启动程序汇编代码

; ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– ; 汇编语言

; ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– AREA asm_code, CODE ; 新代码段

CODE32 ; ARM指令

IMPORT __main ; main在这个程序段中没有定义

EXPORT start ; 全局变量

; 参考ivt.s文件

; –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

start

; 中断使能

MSR cpsr_c,#0x13 ; 在管理模式时设定堆栈指针SP

LDR SP,=0x4 .. ; 设置IRQ模式.设置SP_irq,然后返回管理模式

MRS R0, CPSR

BIC R1, R0,#0x1F

ORR R1, R1,#0x12

MSR cpsr_c, R1 ;进入中断模式

LDR SP, =0x4 ..

MSR cpsr_c, R0 ;返回管理模式

; 跳转到c程序

LDR lr, =__main

MOV pc, lr

END

这段代码在与ivt.s链接. 假如设置堆栈指针失败将导致数据中止异常,因此堆栈的初始化应该在跳转到c main(函数之前。

C 代码

Timer1 的寄存器这么配置,当匹配的时候将中断内核,并且复位。Timer1运行在60 MHz. 这段代码在一个评估板上运行,其外部始终使用10 MHz晶体,并且内部PLL 设定好。时钟操作的具体细节请参考LPC2106/5/4 中的相关章节。中断服务程序为空,用户可以根据需

要添加。在IRQHandler( 函数中可以点亮一些LED’s 或触发一些引脚. _irq 关键字编译器用来定义 IRQHandler (函数作为IRQ 中断服务程序。

C main函数在init.s 文件后执行。

LDR lr, =__main

MOV pc, lr

C代码如下:

/********************************************************** 函数定义

**********************************************************/ __irq void IRQHandler(void;

void feed(void;

void Initialize(void;

/********************************************************** 头文件

**********************************************************/

#include“LPC210x.h”

/********************************************************** MAIN **********************************************************/ int main( {

/* 系统初始化 */

Initialize(;

/* 启动时钟 */

T1_TCR=0x1;

while(1

{

}

/********************************************************** 初始化

**********************************************************/ void Initialize(

{

* 初始化 PLL 10MHz×6=60MHz

/* 设置乘除数值*/

PLLCFG=0x25;

feed(;

/* 使能 PLL */

PLLCON=0x1;

feed(;

/* 等待PLL锁定设定的频率 */

while(!(PLLSTAT & PLOCK{}

/* 连接PLL作为时钟源 */

PLLCON=0x3;

feed(;

* 使能存储器加速模块MAM,设定访问FLASH的时钟*/ MAMCR=0x2;

MAMTIM=0x4;

* 设定外围模块工作时钟(pclk与系统频率的值(cclk

VPBDIV=0x1;

/* 初始化 GPIO */

IODIR=0xFFFF;

IOSET=0xFFFF;

/* 初始化T1 */

T1_TCR=0x0;

T1_TC=0x0;

T1_PR=0x0;

T1_PC=0x0;

/* 用户设定匹配值 */

T1_MR0=0x ..;

/* 匹配时复位和中断 */

T1_MCR=0x3;

/* 初始化VIC */

VICINTSEL=0x0; /* Timer 1 设为 IRQ */

VICINTEN= 0x20; /* Timer 1 中断使能 */

VICCNTL0= 0x25;

/* 中断服务程序地址 */

VICV ADDR0=(unsigned longIRQHandler;

}

/********************************************************** Timer 1 中断服务程序

**********************************************************/ __irq void IRQHandler(

{

/*中断服务程序将在这里执行,中断清除必须在Timer1中,写地址必须在 VIC 向量地址寄存器中.

* 在这里用户能点亮LED或者触发端口

T1_IR=0x1;

VICV ADDR=0xff;

} /********************************************************** 为 PLL 提供时序 **********************************************************/ void feed( { PLLFEED=0xAA; PLLFEED=0x55; } 以上代码在 SRAM 中运行需要额外修改的地方汇编起在配置中断向量时 T 应该将中断向量表(ivt.s连接在 SRAM

(0x40000000，确定相关的中断向量存在 0x40000000–0x4000003F. 其他的文件可以链接在 SRAM。中断向量必须重新映射到 SRAM.。使用 MEMAP 寄存器和配置用户 RAM 模式可以做到这点。 int main( { ... /* 初始化*/ MEMAP=0x2; ...

}