---嵌入式系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等均有严格要求,以ARM体系结构为基础的各种RISC微处理器具有灵活的特性和强大的性能,在嵌入式系统中得到了广泛的应用。
---S3C2410是三星公司基于ARM920T设计的一款处理器,在开发基于S3C2410的系统的过程中,如何让系统快速稳定地启动是一个重要问题。嵌入式系统的资源有限,程序通常都是固化在ROM中运行。但在实际应用中,为提高系统的实时性,加快代码的执行速度,系统启动后程序往往要被搬移到RAM中,因为RAM的存取速度要比ROM快得多,这样大大提升系统的性能。启动程序要完成的任务包括：硬件初始化,系统存储系统的配置,复制二级中断向量表。
启动程序过程
● 系统硬件初始化
---系统上电或复位后,程序从位于地址0x0的Reset Exception Vector处开始执行,因此需要在这里放置Bootloader的第一条指令：b ResetHandler,跳转到标号为ResetHandler处进行第一阶段的硬件初始化,主要内容为：关看门狗定时器,关中断,初始化PLL和时钟,初始化存储器系统。执行完以上程序后,系统进行堆栈和存储器的初始化。系统堆栈初始化取决于用户使用了哪些中断,以及系统需要处理哪些错误类型。一般情况下,管理者堆栈必须设置,如果使用了IRQ中断,则IRQ堆栈也必须设置。如果系统使用了外设,则需要设置相关的寄存器,以确定其刷新频率、总线宽度等信息。
● 代码段复制到RAM中运行
---因为嵌入式系统的代码通常都是固化在ROM或者Flash中,上电后开始运行。由于ROM和Flash的读取速度相对较慢,这样无疑会降低代码的执行速度和系统的运行效率。为此,需要把系统的代码复制到RAM中运行。使用SDT链接器ARMLink产生的定位信息,把RO的有效代码和数据段到RAM中。ARMLink将编译后的程序链接成ELF文件。映像文件内部共有三种输出段：RO段、RW段和ZI段。这三种输出段分别包含了只读代码及包含在代码段中的少量数据、可读写的数据、初始化为0的数据,ARMLink同时还产生了这三种输出段的起始和终止定位信息：Image$$RO$$Base、Image$$RO$$Limit、Image$$RW$$Base、Image$$Limit、Image$$Linit和Image$$ZI$$Limit。可以在程序中使用这些定位信息。将ROM中的代码和数据搬移到RAM中,具体程序如下。
---LDR r0, =|Image$$RO$$Base| /*RO段起始地址*/
---LDR r1, =|Image$$RO$$Limit| /*RO段结束地址*/
---LDR r2, =|Image$$RW$$Base|
---LDR r3, =|Image$$RW$$Limit|
---/*分别求出需要映像的代码和数据的长度并累加,放到寄存器R1中*/
---SUB r1, r1, r0
---SUB r3, r3, r2
---ADD r1, r1, r3
---/*将需要映象的代码和数据复制到RAM中去*/
---0 /*标示符*/
---LDR r3, [r0], #4
---STR r3, [r2], #4
---SUBS r1, r1, #4
---BNE %B0 /*如果没有复制完,跳转到0标示符处的汇编语句,继续复制,参见ARM指令帮助手册*/
● 建立二级中断向量表
---在ARM系统中,中断向量表位于0X0开始的地址处,意味着无论运行什么样的上层软件,一旦发生中断,程序就得到Flash存储器中的中断向量表里去,降低系统的运行效率。因此在RAM中建立自己的二级中断向量表,当中断发生后,程序直接从RAM中取中断向量进入中断子程序。尤其是在中断频繁发生的系统里,这种方法可以大大提高系统的运行效率,具体的实现代码如下。
---b ResetHandler
---b HandlerUndef /*未定义模式句柄*/
---b HandlerSWI /*SWI中断句柄*/
---b HandlerPabort /*PAbort中断句柄*/
---b HandlerDabort /*Dabort中断句柄*/
---b. /*保留*/
---b HandlerIRQ /*IRQ 中断句柄*/
---b HandlerFIQ /*FIQ中断句柄*/
---HandlerFIQ HANDLER HandleFIQ
---HandlerIRQ HANDLER HandleIRQ
---HandlerUndef HANDLER HandleUndef
---HandlerSWI HANDLER HandleSWI
---HandlerDabort HANDLER HandleDabort
---HandlerPabort HANDLER HandlePabort
---其中HANDLER是一个宏,用于查找中断处理程序的入口地址。这些地址存放在由HandleXXX指向的表项中,该表定位在RAM高端,基地址为_ISR_STARTADDRESS。
---^ _ISR_STARTADDRESS
---HandleReset # 4
---HandleUndef # 4
---HandleSWI # 4
---HandlePabort # 4
---HandleDabort # 4
---HandleReserved # 4
---HandleIRQ # 4
---HandleFIQ # 4
● MMU的应用
---MMU是存储器管理单元的缩写,是用来管理虚拟内存系统的器件。MMU通常是CPU的一部分,本身有少量存储空间存放从虚拟地址到物理地址的匹配表,此表称作TLB(转换旁置缓冲区)。所有数据请求都送往MMU,由MMU决定数据是在RAM内还是在大容量外部存储器设备内。如果数据不在存储空间内,MMU将产生页面错误中断。MMU存储器系统的结构允许对存储器系统的精细控制,大部分的控制细节由存在存储器中的转换表提供。这些表的入口定义了从1KB～1MB的各种存储器区域的属性。MMU完成的两个主要功能是：将虚地址转换成物理地址,控制存储器存取允许。MMU关掉时,虚地址直接输出到物理地址总线。
---经过以上的分析可以发现,系统启动程序主要是完成了硬件的初始化,以及克服Flash或ROM读取速度慢的弱点,提高指令和数据的读取速度,实现系统的高速运行,并且通过MMU的应用,减少RAM的使用,降低系统成本。
参考文献
1 S3C2410数据手册
2 ARM920T数据手册
3 王京林.ARM7在嵌入式应用中启动程序
的实现
