ARM处理器系统初始化过程

ARM处理器系统初始化过程1禁止MMU，关闭中断，禁止cache；2根据硬件设计配制好处理器时钟、DRAM时钟、定时器时钟;3根据系统中所用的flash和DRAM芯片容量和电气参数设置它们的起始地址、容量、刷新频率等；4将固化在flash芯片中的程序搬移到DRAM内存中；5使能cache，使能MMU，跳转到DRAM内存中运行继续初始化，包括根据具体应用以及系统中的硬件配置初始化各个功能模块、安装好异常中断处理程序、使能中断等；6进行操作系统相关初始化;禁止MMU，关闭中断，禁止cache通过写系统控制协处理器的寄存器1的第0位可以允许和禁止MMU。在复位后这位是0，MMU被禁止。关闭中断与打开中断中断是一种高效的对话机制，但有时并不想程序运行的过程中中断运行，比如正在打印东西，但程序突然中断了，又让另外一个程序输出打印内容，这样在打印机上就会乱得不得了，同时有两份以上的文件交错地打印在一张纸上。像不可剥夺的资源，就一定要关闭中断，让它占有这个资源。在ARM里，没有像x86那样有清除中断指令CLI。那么在ARM里是怎么样实现关中断和开中断的呢？下面就来看看ARM的关中断和开中断实现。voidLock(void){stmdbsp!,{r0}mrsr0,cpsrorrr0,r0,#0xC0msrcpsr_cxsf,r0ldmiasp!,{r0}}上面这段程序是通过设置CPSR的第6，7位来实现的，因为第6，7位是设置为1时，就不再响应中断。voidUnLock(void){stmdbsp!,{r0}mrsr0,cpsrbicr0,r0,#0xC0msrcpsr_cxsf,r0ldmiasp!,{r0}}上面是重新开中断的命令，同样是设置CPSR的第6，7位，但它的值是0，就可接收中断了。如果在多个任务之间进行共享数据，一般是需要使用关中断和开中断实现数据同步的，其实中这种关中断和开中断，就是进入临界区和退出临界区。如果是像PC机那样有多个CPU的话，关中断并不能防止这种情况。系统的在应用编程（IAP）以及在系统编程功能（ISP）等。中断向量表ARM要求中断向量表必须放置在从0地址开始，连续8X4字节的空间内。每当一个中断发生以后，ARM处理器便强制把PC指针置为向量表中对应中断类型的地址值。因为每个中断只占据向量表中1个字的存储空间，只能放置一条ARM指令，使程序跳转到存储器的其他地方，再执行中断处理。中断向量表的程序实现通常如下表示：AREABoot,CODE,READONLYENTRYBResetHandlerBUndefHandlerBSWIHandlerBPreAbortHandlerBDataAbortHandlerBBIRQHandlerBFIQHandler其中关键字ENTRY是指定编译器保留这段代码，因为编译器可能会认为这是一段亢余代码而加以优化。链接的时候要确保这段代码被链接在0地址处，并且作为整个程序的入口。Q:为什么在中断向量表中不直接LDRPC,异常地址.而是使用一个标号,然有再在后面使用DCD定义这个标号A:因为LDR指令只能跳到当前PC4kB范围内,而B指令能跳转到32MB范围,而现在这样在LDRPC,xxxx这条指令不远处用xxxxDCD定义一个字,而这个字里面存放最终异常服务程序的地址,这样可以实现4GB全范围跳转.Q:LDR不是可以全空间跳转的吗《ARM微控制器基础与实战》程序清单5.3.A:LDR伪指令通过设置指令缓冲池才能实现全范围跳转,而LDR指令则只能实现4KB范围跳转.MEMMAP=0：开机默认值，Boot装载模式----向量表(0x00000000-0x0000003c)映射的是BootBlock中的0x7FFFE000-0x7FFFF03c中的值；芯片复位时，启动boot装载程序，boot装载程序检查P0.14口的状态和用户的异常向量，判断是进入ISP状态还是启动用户程序，若启动用户程序，则自动设置MEMMAP=1(片内flash启动)或3（片外程序存储器启动）。很奇怪的，我在实验中，当使用无片内flash的LPC2210时即使设置P0.14为高低都没关系，芯片会跳过继而执行片外flash中的代码.MEMMAP=1：中断向量表就在片内flash中，地址就是0x00000000-0x0000003c，相当于没有映射；MEMMAP=2：最为主要的设置，即是重映射的关键之所在，当设置MEMMAP=2时，中断向量表(0x00000000-0x0000003c)映射的是片内SRAM中的0x40000000-0x4000003c中的值，而因为是SRAM，所以在程序运行的过程中是可以改变的，这样就可以达到重映射的目的啦（中断向量表可以随时修改）。MEMMAP=3：中断向量表就在片外flash中，中断向量表(0x00000000-0x0000003c)映射到是片外flash中的0x80000000-0x8000003c中的值；功能上与MEMMAP=1时的差不多，因为一旦程序固化到flash中，即为只读，只是数值映射而已！设置MEMMAP;MemoryMapping(whenInterruptVectorsareinRAM)MEMMAPEQU0xE01FC040;MemoryMappingControlIF:DEF:REMAPLDRR0,=MEMMAPIF:DEF:EXTMEM_MODEMOVR1,#3ELIF:DEF:RAM_MODEMOVR1,#2ELSEMOVR1,#1ENDIFSTRR1,[R0]ENDIFMEMMAP有两个控制位MEMMAP[1:0]00BOOT装载程序模式01UserFLASH模式10用户RAM模式11用户外部存储器模式10模式也就是RAM模式我们访问地址0X00是跟访问RAM地址0X40000000中的数据是完全一样的向RAM中写进数据然后通过数据窗口观察0X0地址的变化应该是同步变化的存储器类型和时序配置主要是对系统存储器控制器（MMU）的初始化。由于存储器控制器并不是ARM架构的一部分，不同芯片的实现方式各不相同。由于运算能力和寻址能力的强大，基于ARM内核的微处理器系统一般都需要外扩展各种类型的存储器。对于存储器系统的初始化一般包括如下几个方面：－－存储器类型、时序和总线宽度的配置－－存储器地址的配置（1）存储器类型基于ARM微处理系统的存储器一般有如下几类：SARM,DRAM,Flah,同时，即使同类存储器也有访问速度上的不同。其中，SRAM和Flah属于静态存储器，可以共用存储器端口，而DRAM有动态刷新和地址复用等特征，需要专门的存储器端口。（2）时序存储器端口的接口时序优化对系统性能影响非常大，因为系统运行的速度瓶颈一般都存在于存储器的访问，因此希望存储器的访问尽可能快，但又要考虑由此带来的系统稳定性问题。（3）总线宽度ARM微处理器架构支持8/16/32位的数据总线宽度访问存储器和外设，对于特定的存储器来说，需要设定数据总线的宽度。（4）存储器地址的配置ARM微处理器架构理论上可以支持4GB的地址空间，而对于一个实际的系统来说，配置的物理地址远没有这么多，因此，如何配置存储器的地址，也是一个重要的问题。（5）存储器地址重映射存储器地址重映射就是可以通过软件配置来改变一块存储器物理地址的方法，是当前许多先进控制器所具有的功能。进行地址重映射的原因：提高系统的运行效率。进行地址重映射的注意：保证程序流程的连续性。有的ARM处理器不具有地址重映射的功能，可以采样代码搬移加跳转的方式完成上述功能。初始化堆栈因为ARM有7种执行状态，每一种状态的堆栈指针寄存器（SP）都是独立的。因此，对程序中需要用到的每一种模式都要给SP定义一个堆栈地址。方法是改变状态寄存器内的状态位，使处理器切换到不同的状态，让后给SP赋值。注意：不要切换到User模式进行User模式的堆栈设置，因为进入User模式后就不能再操作CPSR回到别的模式了，可能会对接下去的程序执行造成影响。这是一段堆栈初始化的代码示例，其中只定义了三种模式的SP指针：MRSR0,CPSRBICR0,R0,#MODEMASK安全起见，屏蔽模式位以外的其他位ORRR1,R0,#IRQMODEMSRCPSR_cxfs,R1LDRSP,=UndefStackORRR1,R0,#FIQMODEMSRCPSR_cxsf,R1LDRSP,=FIQStackORRR1,R0,#SVCMODEMSRCPSR_cxsf,R1LDRSP,=SVCStack初始化应用程序执行环境如果使用分散加载描述文件调整堆栈和堆放置，则链接器创建__user_initial_stackheap()函数，并使用链接器定义的符号作为这些区域的名称。映像一开始总是存储在ROM／Flash里面的，其RO部分即可以在ROM／Flash里面执行，也可以转移到速度更快的RAM中执行；而RW和ZI这两部分是必须转移到可写的RAM里去。所谓应用程序执行环境的初始化，就是完成必要的从ROM到RAM的数据传输和内容清零。下面是在ADS下，一种常用存储器模型的直接实现：LDRr0,=|Image$$RO$$Limit|得到RW数据源的起始地址LDRr1,=|Image$$RW$$Base|RW区在RAM里的执行区起始地址LDRr2,=|Image$$ZI$$Base|ZI区在RAM里面的起始地址CMPr0,r1比较它们是否相等BEQ%F10CMPr1,r3LDRCCr2,[r0],#4STRCCr2,[r1],#4BCC%B01LDRr1,=|Image$$ZI$$Limit|MOVr2,#02CMPr3,r1STRCCr2,[r3],#4BCC%B2程序实现了RW数据的拷贝和ZI区域的清零功能。其中引用到的4个符号是由链接器第一输出的。|Image$$RO$$Limit|：表示RO区末地址后面的地址，即RW数据源的起始地址|Image$$RW$$Base|：RW区在RAM里的执行区起始地址，也就是编译器选项RW_Base指定的地址|Image$$ZI$$Base|：ZI区在RAM里面的起始地址|Image$$ZI$$Limit|：ZI区在RAM里面的结束地址后面的一个地址程序先把ROM里|Image$$RO$$Limt|开始的RW初始数据拷贝到RAM里面|Image$$RW$$Base|开始的地址，当RAM这边的目标地址到达|Image$$ZI$$Base|后就表示RW区的结束和ZI区的开始，接下去就对这片ZI区进行清零操作，直到遇到结束地址|Image$$ZI$$Limit|改变处理器模式因为在初始化过程中，许多操作需要在特权模式下才能进行（比如对CPSR的修改），所以要特别注意不能过早的进入用户模式。内核级的中断使能也可以考虑在这一步进行。如果系统中另外存在一个专门的中断控制器，这么做总是安全的。呼叫主应用程序当所有的系统初始化工作完成之后，就需要把程序流程转入主应用程序。最简单的一种情况是：IMPORTmainBmain直接从启动代码跳转到应用程序的主函数入口，当然主函数名字可以由用户随便定义。在ARMADS环境中，还另外提供了一套系统级的呼叫机制。IMPORT__mainB__main__main()是编译系统提供的一个函数，负责完成库函数的初始化和初始化应用程序执行环境，最后自动跳转到main()函数。ARM介绍ARM微处理器的工作状态一般有两种，并可在两种状态之间切换：第一种为ARM状态，此时处理器执行32位的字对齐的ARM指令；第二种为Thumb状态，此时处理器执行16位的、半字对齐的Thumb指令。在程序的执行过程中，微处理器可以随时在两种工作状态之间切换，并且，处理器工作状态的转变并不影响处理器的工作模式和相应寄存器中的内容。但ARM微处理器在开始执行代码时，应该处于ARM状态。ARM处理器状态进入Thumb状态：当操作数寄存器的状态位（位0）为1时，可以采用执行BX指令的方法，使微处理器从ARM状态切换到Thumb状态。此外，当处理器处于