ARM7启动代码编写的分析与设计

2018-02-14 22:12:30编辑:什么鱼 关键字:ARM7  启动代码

    前 言

    随着生活水平的提高和IT技术的进步,8位处理器的处理能力已经不能满足嵌入式系统的需要了;而16位处理器在性能和成本上都没有很大的突破。并且在8位机的开发中,大多使用汇编语言来编写用户程序。这使得程序的可维护性、易移植性等都受到了极大的挑战。正是基于此,ARM公司适时的推出了一系列的32位嵌入式微控制器。目前广泛使用的是ARM7和ARM9系列,ARM7TDMI内核的ARM7处理器广泛应用于工业控制、仪器仪表、汽车电子、通讯、消费电子等嵌入式设备。本文主要以philips公司ARM7TDMI核的LPC2119为例来分析如何编写ARM7的启动代码

 

    1、启动代码

    在嵌入式系统软件的开发中,应用程序通常是在嵌入式操作系统的开发平台上采用C语言编写的。然而,在ARM系统上电复位后,需要设置中断向量表、初始化各模式堆栈、设置系统时钟频率等,而这些过程都是针对ARM内部寄存器结构的操作,用C语言编程是很难实现的。因此在转到应用程序的c/c++编写之前,需要用ARM的汇编语言编写启动代码,由启动代码完成系统初始化以及跳转到用户C程序。在ARM设计开发中,启动代码的编写是一个极重要的过程。然而启动代码随具体的目标系统和开发系统有所区别,但通常包含以下部分:

    ·向量表定义

    ·地址重映射及中断向量表的转移

    ·堆栈初始化

    ·设置系统时钟频率

    ·中断寄存器的初始化

    ·进入C应用程序

    下面就结合PHILIPS的LPC2119的启动代码来分析与说明ARM7处理器的启动代码的编写。

    1.1向量表定义

    ARM芯片上电或复位后,系统进入管理模式、ARM状态、PC(R15)指向0x00000000地址处。中断向量表为每一个中断设置1个字的存储空间,存放一条跳转指令,通过这条指令使PC指针指向相应的中断服务程序入口,继而执行相应的中断处理程序。LPC2219的中断向量表和其它基于ARM核的芯片中断向量表较类似,只要注意LPC2219要使向量表所有数据32位累加和为零(0x00000000-0x0000001C的8个字的机器码累加), 才能使用户的程序脱机运行。

    1.2 地址重映射及中断向量表的转移

    ARM7处理器在复位后从地址0读取第一条指令并执行,因此系统上电后地址0必须是非易失的ROM/FLASH,这样才能保证处理器有正确可用的指令。为了加快对中断的处理以及实现在不同操作系统模式下对中断的处理,这就需要重新映射中断向量表、BootbLOCk和SRAM空间的一小部分。ARM具有非常灵活的存储器地址分配特性。ARM处理器的地址重映射机制有两种情况:

    ①由专门的寄存器完成重映射(Remap),只需对相应的Remap寄存器相应位设置即可。

    ②没有专门的Remap控制寄存器需要重新改写用于控制存储器起始地址的块(Bank)寄存器来实现Remap。在LPC2119上的重映射,可以通过存储器映射控制器来实现。实现REMAP操作的程序实现如下:

    MOV R8,#0x40000000; /设置新向量表起始地址/

    LDR R9,=Interrupt_Vector_Table; /读原向量表源地址/

    LDMIA R9!,(R0-R7); /复制中断向量表及中断处理程序的入口地址到RAM中(64字节)/

    STMIA R8!,(R0-R7)

    LDMIA R9!,(R0-R7)

    STMIA R8!,(R0-R7)

    LDR R8,=MEMMAP ; /REMMAP操作/

    MOV R9,#0x02

    STR R9, [R8]

    1.3 堆栈初始化

    启动代码中各模式堆栈空间的设置是为中断处理和程序跳转时服务的。当系统响应中断或程序跳转时,需要将当前处理器的状态和部分重要参数保存在一段存储空间中,所以对每个模式都要进行堆栈初始化工作,给每个模式的SP定义一个堆栈基地址和堆栈的容量。堆栈的初始化有两种方法:第一种方法是结合ADS开发套件中的分散加载文件来定义堆栈。第二种方法是最简单也是最常用的一种就是直接进入对应的处理器模式,为SP寄存器指定相应的值。下面给出了用第二种方法初始化管理模式和中断模式堆栈的程序:

    MSR CPSR_c, #0xD3 ; /切换到管理模式,并初始化管理模式的堆栈/

    LDR SP, Stack_Svc

    MSR CPSR_c, #0xD2 ; /切换到IRQ模式,并初始化IRQ模式的堆栈/

    LDR SP, Stack_Irq

    …

    1.4 系统部分时钟初始化

    时钟是芯片各部分正常工作的基础,应该在进入main()函数前设置。部分ARM7片子内部集成有PLL(锁相环)电路,用户可以用低频率的晶振通过PLL电路获得一个较高频率的时钟。LPC2119内部的PLL电路接受的输入时钟频率范围为10~25MHz,输入频率通过一个电流控制振荡器(CCO)倍增到范围10~60MHz。同时为了使高速的ARM处理器与低速的外设正常通讯和降低功耗(降低外设运行速度使功耗降低),LPC2119又集成了一个额外的分频器。PLL的激活是由PLLCON寄存器控制。PLL倍频器和分频器的值由PLLCFG寄存器控制。对PLLCON或PLLCFG寄存器的更改必须遵循严格的顺序,否则所作更改是无法生效的(在连续的VPB周期内向PLLFEED寄存器写入0xAA、0x55,在此期间中断必须是被禁止的。)

    1.5 中断初始化

    ARM7的向量中断控制器(Vectored Interrupt Controller)可以将中断编程为3类:FIQ、向量IRQ、非向量IRQ。FIQ中断请求的优先级最高,其次是IRQ中断请求,非向量IRQ的优先级最低。VIC具有32个中断请求输入,但在LPC2219中只占用了17个中断输入。对于这17个中断源的IRQ/FIQ选择,由VICIntSelect寄存器控制,当对应位设置位1时,则此中断为FIQ中断,否则为IRQ中断。若再将IRQ中断设置到向量控制寄存器(VICVectCntIn)中,则此中断为向量IRQ中断,否则为非向量IRQ中断。FIQ中断是专门用来处理那些需要及时响应的特殊事件,尽可能地只给FIQ分配一个中断源。

    1.6 进入C应用程序

    至此,系统各部分的初始化基本完成,可以直接从启动代码转入到应用程序的main()函数入口。从启动代码转入到应用程序的实例代码如下:

    IMPORT main

    LDR R0,=main

    BX R0

    2、总结

    一个优秀的启动代码将给应用程序的开发提供一个良好的开发平台。本文中较详细的讨论了启动代码的编写及难点。其中在堆栈初始化过程中要特别的注意两点:

    ①要尽量给堆栈分配快速和高带宽的存储器。

    ②尽量避免过早将处理器切换到用户模式,一般在系统初始化的最后阶段才切换到用户模式(用户模式没有权限通过修改CPSR来进行模式切换)。

    嵌入式系统的迅猛发展,使启动代码的编写成为嵌入式系统开发人员应该具备的能力。本文有助于正在从事嵌入式ARM开发的读者理解启动代码的内涵与编写出适合自己的启动代码。


关键字:ARM7  启动代码

来源: eefocus 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mcu/article_2018021437798.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。

上一篇:μCOS-II 中USB 主机系统的设计
下一篇:基于嵌入式及无线通讯技术设计的远程无线供水测控系统

关注eeworld公众号 快捷获取更多信息
关注eeworld公众号
快捷获取更多信息
关注eeworld服务号 享受更多官方福利
关注eeworld服务号
享受更多官方福利

推荐阅读

ARM学习之中断体系结构

CPU的“青睐”。还有一个皇后级别的中断源,叫做快速中断源。她比较牛X,只要请求,CPU就会“临幸”。(好似宫斗剧啊)。3.当发生中断后,具体我们该如何编程呢? 答:当一个异常发生时,这时ARM 的CPU将自动完成如下事情(要记住,是自动): (1)、lr寄存器保存目前指令的下一条指令地址。一般是(PC+4或PC+8) (2)、将CPSR的值复制到SPSR。 (3)、将CPSR的工作模式位设置为异常对应的工作模式。 (4)、转去执行此异常对应的向量表中的相应指令(并不只是中断处理函数)。对于我们来说,我们需要在异常向量表对应的地址处完成以下事情: (1)、保存运行的环境
发表于 2018-07-21 12:21:44

ARM学习之内存管理单元(MMU)

与映射表的一种机制(专业上叫页表)。虚拟地址到物理地址的映射。简单来说,CPU发出的虚拟地址,MMU通过查询这种映射表把这种虚拟地址转化为物理地址。在ARM体系中,用的有段(一级页表)、大页、小页、极小页(二级页表)等页表类型。4.运行地址和加载地址分别是什么意思,有什么区别? 答:在ARM中,当程序被烧写到FLASH中,用的就是加载地址。是烧写到FLASH中的某地址上。当程序运行时,程序所处的地址就是运行地址,也叫做链接地址。在烧写ARM裸板程序时,如果在链接时,不指定链接地址的话,程序的加载地址就是链接地址。当指定了某段的链接地址时,运行到此段时,此段必须处在所指定的链接地址上,否则可能会出现程序崩溃(其实,如果指定段中
发表于 2018-07-21 12:21:03

ARM学习之Nand FLash控制器

今天学习了Nand Flash的一些内容。在此做下回忆和总结:1.什么是Nand Flash? 答:Nand FLash是一种非易失性的存储性介质,一般用于保存嵌入式系统运行所必需的操作系统、应用程序、用户数据等,地位和PC上的硬盘类似。一般来说,它的接口引脚不像SDRAM那样多(SDRAM有20多根),一般也就是十几根。以三星公司的K9F1208U0M为例,如下所示。 正因为它的数据引脚较少,所以它的命令、地址、数据都是公用这一组IO引脚再配上ALE、CLE等其他使能信号进行传输的。操作Nand Flash(读、写、擦除)也和简单,基本上是按照传输命令、传输地址、最后读写数据这样一个流程实现的。这些命令在具体的
发表于 2018-07-21 12:19:08

ARM学习之时钟体系结构

今天在宿舍学习的是S3C2440的系统时钟体系,这部分的难点不是很多,所以相对来说轻松点,但还是把感悟记录下来吧。1.S3C2440的的时钟体系有哪些?它们分别有什么作用? 答:以前一直有个小疑问,你说,这CPU运行那么快,外部的设备运行的就比较慢,那它们的时钟源怎么匹配呢?哦,今天算是差不多弄清楚了。因为它们有不同的时钟源。就S3C2440来说, 它有三种时钟源: (1)FCLK:用于CPU核。 (2)HCLK:用于AHB总线上的设备,比如CPU核存储器控制器、中断控制器、LCD控制器、DMA和USB主机模块等高性能的设备。 (3)PCLK:用于APB总线上的设备,比如WATCHD
发表于 2018-07-21 12:00:45

ARM裸机程序开发——按键控制LED灯

这几天将TQ2440上的IO控制引脚学习了一下,了解了一下关于引脚的一些寄存器的配置,熟悉了一下写ARM裸机程序的流程,写一下自己学到的东西。★程序启动初始化◇关闭看门狗有一个专门的寄存器来控制看门狗,看门狗的作用就是在一定的时间内会重新启动系统,这里我们只是写一个简单的逻辑程序用不到看门狗 ,将其关掉。设置WTCON寄存器,将其第5位置0,就可以禁用看门狗◇设置栈指针C语言中设置的变量,以及调用的函数等信息都会被存放在栈中,因此栈指针必须要设置◇调用main函数main函数中设置了关于IO寄存器的一些设置操作★TQ2440硬件相关硬件主要涉及到LED灯与GPIO,按键与GPIO之间的连接◇LED灯硬件   
发表于 2018-07-21 11:48:01

浅谈:如何基于国产CPU的云平台构建容器管理平台

,哇!阿里的!据工作人员介绍目前已有业务系统运行在基于华芯通CPU的云平台上,云平台就是ZStack。热心的工作人员带我去华芯通的专柜进行详细参观。看到实物那一刻,颠覆了我的想法,这个跟x86架构的服务器没什么区别啊!一直以为他是一个类似路由器这样的小盒子。没想到ARM服务器工艺已和x86服务器自造工艺无太大区别。国产云平台 ZStack作为国内为数不多的自研云平台,根据官网信息已发布基于国产CPU架构的版本,那么完全可以实现基于国产CPU架构来构建国产云平台。这架构图摘自他们的产品白皮书,从架构上看整个逻辑还是比较清晰,各组件依赖度并不高,不会因为管理控制节点故障而影响业务系统。经过仔细研究ZStack架构发现以下特点:全异
发表于 2018-07-16 10:43:01
浅谈:如何基于国产CPU的云平台构建容器管理平台

小广播

最新视频课程更多

何立民专栏

单片机及嵌入式宝典

北京航空航天大学教授,20余年来致力于单片机与嵌入式系统推广工作。

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 © 2005-2018 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved