ARM7TDMI-S在嵌入式系统中的Bootloader代码设计

2007-03-09 19:03:27来源: 互联网
摘要:ARM7TDMI-S是ARM公司设计的一款32位精简指令集处理器内核,LPC210x系列是飞利浦半导体公司生产的基于ARM7TDMI-S内核的芯片。在嵌入式系统设计中,针对嵌入式处理器和操作系统的Bootloader代码的设计是一个难点。本文根据用LPC2106进行嵌入式系统设计的实际经验,总结出基于ARM7TDMI-S内核的嵌入式处理器芯片的Bootloader代码设计的一般流程;给出LPC2106芯片在基于μC/OS-II操作系统的嵌入式应用中,BootLoader程序的详细设计流程及其中的一些关键技术和代码。 关键词:ARM7TDMI-S嵌入式系统 BootLoader代码 LPC2106 μC/OS-II 引言 芯片的Bootloader代码(即启动代码)就是芯片复位后进入操作系统之前执行的一段代码,主要是为运行操作系统提供基本的运行环境,如初始化CPU堆栈、初始化存储器系统等。Bootloader代码与CPU芯片的内核结构、具体芯片和使用的操作系统等因素有关。其功能有点类似于PC机的BIOS(Basic Input/Output System,基本输入输出系统)程序,但是由于嵌入式系统的软硬件都要比PC机的简单,所以它的Bootloader代码要比BIOS程序简单得多。 嵌入式系统被定义为:以应用中为心,以计算机技术为基础,软件硬件可裁剪,适用于系统对功能、可靠性、成本、何种、功耗有严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统的核心部件是嵌入式处理器。随着嵌入式系统在人们日常生活中的广泛运用,嵌入式处理器得到前所未有的飞速发展。基于ARM核的嵌入式处理器芯片种类繁多。由于ARM公司只设计内核的不生产具体的芯片,即便是基于同一种内核,不同厂家生产的芯片差别很大,因此不易编写出统一的Bootloader代码。ARM公司针对这一问题而采取的策略是,不提供完事的Bootloader代码(ARM公司的开发工具ADS提供了一些功能代码),Bootloader代码不足的部分由芯片厂商提供或者由用户自己编写。飞利浦公司没有提供LPC210x系列的Bootloader代码,所以用户只能自己编写Bootloader代码。 1 ARM7TDMI-S和LPC210x ARM7TDMI-S是目前比较低端的ARM核—ARM核不是芯片,它与其它部件如RAM、ROM、片内外设组合在一起才构成实际的芯片。ARM7是用于对成本和功耗都非常敏感的消费应用的低价位、低功耗的32位核。其主要特点如下:冯.诺依曼结构、3段流水线、0.9MIPS/MHz;非常低的功耗;嵌入式ICE-RT(In Circuit Emulation-Real Time,实时在线仿真)逻辑。 LPC2104/2105/2106基于一个支持实时仿真和跟踪的ARM7TDMI-S内核,并带有128KB的高速Flash存储器,128位宽度的存储器接口和独特的加速结构,使32位代码能够在最大时钟速率下运行。由于LPC2104/2105/2106具有非常小的尺寸和极低的功耗,它们非常适合于那些将小型化作为主要要求的应用,例如存储取控制和POS机。带有宽范围的串行通信接口、片内多达64KB的SRAM,由于具有大的缓冲区和强大的处理器能力,它们非常适合于通信网关和协议转换器、软件调制解调器、声音识别以及低端的图像处理。而多个32位定时器、PWM输出和32个GPIO,使它们特别适用于工业控制和医疗系统。LPC2106是LPC210x系列的一种,其它两种为LPC2104/2105。它们都基于ARM7TDMI-S内核。三种芯片唯一的区别就是SRAM的容量大小:LPC2106是64KB,而LPC2104是16KB,LPC2105是32KB。 2 Bootloader代码 2.1 Bootloader代码的作用 嵌入式系统的资源有限,应用程序通常都是固化在ROM中运行。ROM中的程序执行前,需要对系统硬件和软件运行环境进行初始化。这些工作是用汇编语言和C语言编写的Bootloader代码完成的。在ARM处理器的嵌入式系统中,Bootloader代码的作用主要有以下几点: *初始化CPU各种模式的堆栈和寄存器; *初始化系统中要使用的各种片内外设; *初始化目标板; *引导操作系统。 2.2 Bootlader代码设计的一般流程 Bootloader代码是嵌入式系统中应用程序的开头部分,它与应用程序一起固化在ROM中,并首先在系统上运行。设计好Bootloader代码是设计嵌入式程序的关键,也是系统能够正常工作的前提。Bootloader代码所执行的操作主要信赖于CPU内核的类型,以及正在开发的嵌入式系统软件中需要使用CPU芯片上的哪些资源。Bootloader代码的一般流程(即Bootloader代码应该进行的操作)如图1所示。 2.3 基于LPC2104和μC/OS-II是多任务的实时操作系统。针对该款芯片和多任务实时操作系统的Bootloader程序的流程如图2所示。 2.3.2 关键代码分析 ;中断向量表,给出了CPU芯片出现异常时应该转去执行的程序地址 Vectors LDR PC,ResetAddr LDR PC,UndefinedAddr LDR PC,SWI_Addr LDR PC,SWI_Addr LDR PC,PrefetchAddr LDR PC,DataAbortAddr DCD 0xb9205f80 LDR PC,[PC,#-0xff0] LDR PC,FIQ_Addr ResetAddr DCD Reset UndefinedAddr DCD Undefined SWI_Addr DCD SoftwareInterrupt PrefetchAddr DCD PrefetchAbort DataAbortAddr DCD DataAbort Nouse DCD 0 IRQ_Addr DCD 0 FIQ_Addr DCD FIQ_Handler ;InitStack函数,其功能是初始化CPU各种模式的堆栈 InitSatck MOV R0,LR ;因芯片模式切换,故将程序返回地址保存至R0,同时在初始化堆栈完成后使用R0返回 MSR CPSR_c,#0xd3 ;设置管理模式堆栈 LDR SP,StackSvc MSR CPSR_c,#0xd2 ;设置中断模式堆栈 LDR SP,StackIrq MSR CPSR_c,#0xd1 ;设置快速中断模式堆栈 LDR SP,StackFiq MSR PSR_c,#0xd7 ;设置中止模式堆栈 LDR SP,StackAbt MSR CPSR_c,#0xdb ;设置未定义模式堆栈 LDR SP,StackUnd MSR CPSR_c,#0xdf ;设置系统模式堆栈 LDR SP,StackUsr MOV PC,R0 StackUsr DCD UsrStackSpace+(USR_STACK_LEGTH-1)*4 StackRvc DCD SvcStackSpace+(SVC_STACK_LEGTH-1)*4 StackIrq DCD IrqStackSpace+(IRQ_STACK_LEGTH-1)*4 StackFiq DCD FiqStackSpace+(FIQ_STACK_LEGTH-1)*4 StackAbt DCD AbtStackSpace+(ABT_STACK_LEGTH-1)*4 StackUnd DCD UndtStackSpace+(UND_STACK_LEGTH-1)*4 ;系统初始化代码 Reset BL InitStack ;调用InitStack函数初始化芯片各种模式的堆栈 BL TargetResetInit ;调用TargetResetInit函数对系统进行基本初始化 B _main ;跳转到ADS提供的启动代码_main函数处,它初始化函数库并最终引导CPU进入操作系统的main()函数 上面的程序代码只包含了流程图中的几个主机步骤。这些步骤都是必不可少的,其余的步骤都在TargetResetInit函数中加以实现。本例中的TargerReset Init函数如下: void TargetResetInit(void) {/*设置系统各部分时钟*/ PLLCON=1; #if((Fcclk /4)/Fpclk==1 VPBDIV=0; #endif #if((Fcclk/4)/Fpclk==2 VPBDIV=2; #endif #if((Fcclk/4)/Fpclk==4 VPBDIV=1; #endif #if(Fcco/Fcclk)==1 PLLCFG=((Fcclk/Fosc)-1)|(1<<5); #endif #if(Fcco/Fcclk)==2 PLLCFG=((Fcclk/Fosc)-1|(2<<5); #endif #if(Fcco/Fcclk)==4 PLLCFG=((Fcclk/Fosc)-1|(3<<5); #endif #if(Fcco/Fcclk)==8 PLLCFG=((Fcclk/Fosc)-1)|(4<<5); #endif PLLFEED=0xaa; PLLFEED=0x55; while(PLLSTAT %26;amp;(1<<10)==0) PLLCON=3; PLLFEED=0xaa; PLLFEED=0x55; /*设置存储器加速模块*/ MAMCR=2; #if Fcclk<20000000 MAMTIM=1; #else #if Fcclk<40000000 MAMTIM=2; #else MAMTM=3; #endif #endif /*初始化VIC,使芯片在进入μC/OS-II多任务环境前关中断*/ VICIntEnClr=0xffffffff; VICVectAddr=0; VICIntSelect=0; /*其它步骤的代码与实际的软件功能相关,不具有代表性,故在此不列出*/ } 3 结论 本文介绍的Bootloader代码已经在基于Philips公司的LPC2106芯片开发的系统上运行并测试通过。针对不同的CPU芯片编写Bootloader代码,首先要了解该CPU的内核结构、指令系统,其次是具体芯片的结构和各种片上资源,以及所采用的操作系统。以上所列的设计流程不是一成不变的,在具体应用中要权衡取舍。
编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/embed/200703/11304.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部

小广播

About Us 关于我们 客户服务 联系方式 器件索引 网站地图 最新更新 手机版

站点相关: 安防电子 医疗电子 工业控制

北京市海淀区知春路23号集成电路设计园量子银座1305 电话:(010)82350740 邮编:100191

电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved