ARM的启动过程详解（CHINAITLAB）

基于arm的芯片多数为复杂的片上系统,这种复杂系统里的多数硬件模块都是可配置的,需要由软件来设置其需要的工作状态。因此在用户的应用程序之前,需要由专门的一段代码来完成对系统的初始化。由于这类代码直接面对处理器内核和硬件控制器进行编程,一般都是用汇编语言。一般通用的内容包括：

中断向量表

初始化存储器系统

初始化堆栈

初始化有特殊要求的断口,设备

初始化用户程序执行环境

改变处理器模式

呼叫主应用程序

1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：

AREA Boot ,CODE, READONLY

ENTRY

B　　ResetHandler

B　　UndefHandler

B　　SWIHandler

B　　PreAbortHandler

B　　DataAbortHandler

B

B　　IRQHandler

B　　FIQHandler

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。

2初始化存储器系统

3存储器类型和时序配置

通常Flash和SRAM同属于静态存储器类型,可以合用同一个存储器端口;而DRAM因为有动态刷新和地址线复用等特性,通常配有专用的存储器端口。 存储器端口的接口时序优化是非常重要的,这会影响到整个系统的性能。因为一般系统运行的速度瓶颈都存在于存储器访问,所以存储器访问时序应尽可能的快;而同时又要考虑到由此带来的稳定性问题。

存储器地址分布

一种典型的情况是启动ROM的地址重映射。


4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：

MRS　 R0,CPSR

BIC　　R0,R0,#MODEMASK　安全起见,屏蔽模式位以外的其他位

ORR　 R1,R0,#IRQMODE

MSR　 CPSR_cxfs,R1

LDR　 SP,=UndefStack

ORR　 R1,R0,#FIQMODE

MSR　 CPSR_cxsf,R1

LDR　 SP,=FIQStack

ORR　 R1,R0,#SVCMODE

MSR　 CPSR_cxsf,R1

LDR　 SP,=SVCStack

5初始化有特殊要求的端口,设备

6初始化应用程序执行环境

      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：

LDR　　r0,=|Image$$RO$$Limit| 得到RW数据源的起始地址

LDR　　r1,=|Image$$RW$$Base| RW区在RAM里的执行区起始地址

LDR　　r2,=|Image$$ZI$$Base|　ZI区在RAM里面的起始地址

CMP　　r0,r1　　　　　　　　 比较它们是否相等

　　　BEQ　　%F1

0　　 CMP　　r1,r3

　　　LDRCC　r2,[r0],#4STRCC　r2,[r1],#4

　　　BCC　　%B0

1　　 LDR　　r1,=|Image$$ZI$$Limit|

　　　MOV　 r2,#0

2　　 CMP　　r3,r1

　　　STRCC　r2,[r3],#4

　　　BCC　　%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|

 

7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。

8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：

IMPORT main

B　　　main

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arm ADS环境中,还另外提供了一套系统级的呼叫机制。

IMPORT __main

B　　 __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