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ARM2440的啟動(dòng)模式

[復(fù)制鏈接]
跳轉(zhuǎn)到指定樓層
樓主
ID:83710 發(fā)表于 2015-6-26 23:04 | 只看該作者 回帖獎(jiǎng)勵(lì) |正序?yàn)g覽 |閱讀模式
研究arm也有2個(gè)月了，現(xiàn)在才感覺理解了arm在Nand flash模式下的啟動(dòng)過程，現(xiàn)在來這里記錄下來以表達(dá)我無比喜悅的心情。閑話少說，趁著還沒有忘記學(xué)習(xí)過程中的感受，直接進(jìn)入正題。

大家都知道，arm在Nand flash啟動(dòng)模式下啟動(dòng)時(shí)系統(tǒng)會(huì)將Nand flash中的前4KB代碼拷貝到SRAM（也就是Steppingstone中），由SRAM配置中斷向量表和完成Nand flash訪問的必要初始化，然后將Nand flash中的全部程序代碼拷貝到SDRAM中，最后由SRAM跳轉(zhuǎn)到SDRAM，然后程序就正常執(zhí)行了，這一過程看上去很簡單，但是真正理解這一過程還是不簡單的，盡管這樣，還是想告訴大家仔細(xì)理解還是比較容易理解這個(gè)過程的。如果您是ADS用戶，你省去了很多麻煩，但我不確定你省去的這些麻煩是否值得，這里介紹的是一種麻煩的方式，linux下的led程序。
代碼Head.s
  • .extern main
  • .text
  • .global _start
  • _start:
  •     b reset
  • reset:
  •     ldr sp,=4096
  •     bl disable_watch_dog
  •     bl clock_init
  •     bl memsetup
  •     bl copy_steppingstone_to_sdram
  •     ldr pc,=on_sdram
  • on_sdram:
  •     msr cpsr_c,#0xdf
  •     ldr sp,=0x34000000
  •     ldr lr,=halt_loop
  •     ldr pc,=Main
  • halt_loop:
  •     b halt_loop


我認(rèn)為，最需要理解的就是這段代碼了。先簡單的解釋下這段代碼。
（1）由于arm執(zhí)行reset之后pc會(huì)被清零，也就是reset中斷的中斷入口地址，因此，第一條指令就是b reset，跳轉(zhuǎn)到reset中斷處理函數(shù)。
（2）由于這里硬件配置都是C語言來完成的，而且我們的初始代碼比較小，完全不會(huì)超出4KB，因此可以在SRAM使用堆棧，故將SP設(shè)置為4096，以提供C運(yùn)行環(huán)境
（3）接下來的3個(gè)bl分別完成了關(guān)閉看門夠定時(shí)器，配置時(shí)鐘信號和存儲器配置的工作，第四個(gè)bl是將SRAM的4KB空間內(nèi)的代碼拷貝到了SDRAM中。
（4）接下來的ldr句將pc賦值為on_sdram的地址，實(shí)現(xiàn)了從SRAM到SDRAM的跳轉(zhuǎn)（下面會(huì)講為什么）
（5）on_sdram中切換到了了系統(tǒng)模式然后分配了系統(tǒng)模式堆棧，將鏈接寄存器設(shè)置為halt_loop然后就跳轉(zhuǎn)到了SDRAM中的Main
上面的解釋只是大體上說明了代碼的意思，但是初學(xué)者總會(huì)有個(gè)疑問就是為什么ldr pc,=on_sdram就實(shí)現(xiàn)了從SRAM到SDRAM的跳轉(zhuǎn)呢？我被這個(gè)問題困擾了很長時(shí)間，到今天才想明白了這個(gè)問題，問題的關(guān)鍵就是相對跳轉(zhuǎn)和絕對跳轉(zhuǎn)的問題。為了說明這個(gè)問題我先解釋一下bl指令跟ldr指令在執(zhí)行過程中的區(qū)別。
B指令是相對跳轉(zhuǎn)指令，B 指令是最簡單的跳轉(zhuǎn)指令。一旦遇到一個(gè) B 指令，ARM 處理器將立即跳轉(zhuǎn)到給定的目標(biāo)地址，從那里繼續(xù)執(zhí)行。注意存儲在跳轉(zhuǎn)指令中的實(shí)際值是相對當(dāng)前PC 值的一個(gè)偏移量，而不是一個(gè)絕對地址，它的值由匯編器來計(jì)算（參考尋址方式中的相對尋址）。它是 24 位有符號數(shù)，左移兩位后有符號擴(kuò)展為 32 位，表示的有效偏移為 26 位(前后32MB 的地址空間)，同樣的，BL、BX都是相對跳轉(zhuǎn)。
LDR偽指令是將第二操作直接賦值給第一操作數(shù)，當(dāng)執(zhí)行l(wèi)dr pc,=Main時(shí)是將Main的絕對地址賦值給了PC。
好了，知道這兩個(gè)指令的區(qū)別之后我們來看代碼是如何實(shí)現(xiàn)的從SRAM到SDRAM的跳轉(zhuǎn)，首先需要指出，2440的開發(fā)板有SRAM和SDRAM，SRAM是從地址0x00000000開始的4KB內(nèi)存空間，SDRAM是從0x30000000開始的64M空間。
無論用ADS編譯還是用arm-linux-gcc編譯都會(huì)將代碼鏈接到0x30000000以后（也就是SDRAM中），ADS用戶可以通過查看ADS的工程配置，其中有項(xiàng)配置是RO起始地址是0x30000000，linux用戶在鏈接時(shí)需要用-T指定代碼的其實(shí)地址為0x30000000。
根據(jù)編譯原理，在鏈接階段程序中函數(shù)的地址就已經(jīng)確定了，也就是說函數(shù)的實(shí)際地址都在0x30000000之后，而程序的入口函數(shù)也就是這里的_start的地址就是0x300000000，其他函數(shù)都會(huì)大于這個(gè)數(shù)。
但是由于arm上電后系統(tǒng)會(huì)將Nand flash的前4KB代碼拷貝到SRAM中，也就是_start函數(shù)開始的4KB指令將被拷貝到SRAM中執(zhí)行，根據(jù)上例，在0x00000000處執(zhí)行的指令就是“b reset”，由于b是相對跳轉(zhuǎn)，是在當(dāng)前pc值的基礎(chǔ)上加減某個(gè)數(shù)而跳轉(zhuǎn)到將要執(zhí)行的代碼處，因此，pc加減該數(shù)之后將到達(dá)reset函數(shù)的位置，故reset函數(shù)不能寫到4KB之外的空間中，否則arm的啟動(dòng)將會(huì)失敗，同樣的，接下來的幾個(gè)bl都是執(zhí)行的相對跳轉(zhuǎn)，所以都相對當(dāng)前pc進(jìn)行的跳轉(zhuǎn)，由于Nand flash總共只有64M的空間，所以相對跳轉(zhuǎn)是不可能會(huì)跳轉(zhuǎn)到SDRAM的，因?yàn)樘D(zhuǎn)到SDRAM至少要發(fā)生0x30000000的跳轉(zhuǎn)，而這個(gè)相對位移遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于64M。
而ldr pc,=Main是將Main函數(shù)的實(shí)際地址賦值給pc，而Main的實(shí)際地址是在0x30000000之后，這樣，就從SRAM跳轉(zhuǎn)到了SDRAM。
由于這個(gè)過程設(shè)計(jì)到了硬件格局和編譯原理，所以對一般人來講，理解起來確實(shí)比較困難，而且受本人水平限制，很多地方只能說是只可意會(huì)不可言傳，如果誤導(dǎo)了大家請大家諒解。當(dāng)然如果看到這里還不能理解arm的啟動(dòng)過程可以聯(lián)系QQ630905224來討論這個(gè)問題。下面是相關(guān)的其他代碼，我附在這里，2440addr.h沒有貼出，由于我也是使用arm自帶示例程序中的代碼，而且代碼有四千多行，多數(shù)地址是沒有用到的，如果有人需要就聯(lián)系我的QQ吧。其他的代碼如下
代碼Init.s
  • #include "2440addr.h"
  • void disable_watch_dog(void);
  • void clock_init(void);
  • void memsetup(void);
  • void copy_steppingstone_to_sdram(void);
  • void inituart(void);
  • void disable_watch_dog(void)
  • {
  •     rWTCON = 0;
  • }
  • void clock_init(void)
  • {
  •     rCLKDIVN  = 0x03;
  •     /*
  •      *如果HDIVN非0，CPU的總線模式應(yīng)該從
  •      *“fast bus mode”變?yōu)椤癮synchronous
  •      *bus mode”
  •      */
  •     __asm__(
  •             "mrc    p15, 0, r1, c1, c0, 0\n"
  •             "orr    r1, r1, #0xc0000000\n"
  •             "mcr    p15, 0, r1, c1, c0, 0\n"
  •            );
  •     rMPLLCON = (92<<12)|(1<<4)|(2);
  •     //rMPLLCON =  ((0x5c<<12)|(0x01<<4)|(0x02));
  • }
  • void memsetup(void)
  • {
  •     volatile unsigned long *p = (volatile unsigned long *)0x48000000;
  •     /* 這個(gè)函數(shù)之所以這樣賦值，而不是像前面的實(shí)驗(yàn)(比如mmu實(shí)驗(yàn))那樣將配置值
  •      * 寫在數(shù)組中，是因?yàn)橐伞蔽恢脽o關(guān)的代碼”，使得這個(gè)函數(shù)可以在被復(fù)制到
  •      * SDRAM之前就可以在steppingstone中運(yùn)行
  •      */
  •     /* 存儲控制器13個(gè)寄存器的值 */
  •     p[0] = 0x22011110;     //BWSCON
  •     p[1] = 0x00000700;     //BANKCON0
  •     p[2] = 0x00000700;     //BANKCON1
  •     p[3] = 0x00000700;     //BANKCON2
  •     p[4] = 0x00000700;     //BANKCON3
  •     p[5] = 0x00000700;     //BANKCON4
  •     p[6] = 0x00000700;     //BANKCON5
  •     p[7] = 0x00018005;     //BANKCON6
  •     p[8] = 0x00018005;     //BANKCON7
  •     /* REFRESH,
  •      * HCLK=12MHz:  0x008C07A3,
  •      * HCLK=100MHz: 0x008C04F4
  •      */
  •     p[9]  = 0x008C04F4;
  •     p[10] = 0x000000B1;     //BANKSIZE
  •     p[11] = 0x00000030;     //MRSRB6
  •     p[12] = 0x00000030;     //MRSRB7
  • }
  • void copy_steppingstone_to_sdram(void)
  • {
  •     unsigned int *pdwSrc  = (unsigned int *)0;
  •     unsigned int *pdwDest = (unsigned int *)0x30000000;
  •     while (pdwSrc < (unsigned int *)4096)
  •     {
  •         *pdwDest = *pdwSrc;
  •         pdwDest++;
  •         pdwSrc++;
  •     }
  • }

=======================================================================
一般而言，一個(gè)程序包括只讀的代碼段和可讀寫的數(shù)據(jù)段。在ARM的集成開發(fā)環(huán)境中，只讀的代碼段和常量被稱作RO段(ReadOnly)；可讀寫的全局變量和靜態(tài)變量被稱作RW段(ReadWrite)；RW段中要被初始化為零的變量被稱為ZI段(ZeroInit)。對于嵌入式系統(tǒng)而言，程序映象都是存儲在Flash存儲器等一些非易失性器件中的，而在運(yùn)行時(shí)，程序中的RW段必須重新裝載到可讀寫的RAM中。這就涉及到程序的加載時(shí)域和運(yùn)行時(shí)域。簡單來說，程序的加載時(shí)域就是指程序燒入Flash中的狀態(tài)，運(yùn)行時(shí)域是指程序執(zhí)行時(shí)的狀態(tài)。對于比較簡單的情況，可以在ADS集成開發(fā)環(huán)境的ARM LINKER選項(xiàng)中指定RO BASE和RW BASE，告知連接器RO和RW的連接基地址。對于復(fù)雜情況，如RO段被分成幾部分并映射到存儲空間的多個(gè)地方時(shí)，需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)稱為“分布裝載描述文件”的文本文件，通知連接器把程序的某一部分連接在存儲器的某個(gè)地址空間。需要指出的是，分布裝載描述文件中的定義要按照系統(tǒng)重定向后的存儲器分布情況進(jìn)行。在引導(dǎo)程序完成初始化的任務(wù)后，應(yīng)該把主程序轉(zhuǎn)移到RAM中去運(yùn)行，以加快系統(tǒng)的運(yùn)行速度。

            什么是arm的映像文件，arm映像文件其實(shí)就是可執(zhí)行文件，包括bin或hex兩種格式，可以直接燒到rom里執(zhí)行。在axd調(diào)試過程中，我們調(diào)試的是axf文件，其實(shí)這也是一種映像文件，它只是在bin文件中加了一個(gè)文件頭和一些調(diào)試信息。映像文件一般由域組成，域最多由三個(gè)輸出段組成(RO,RW,ZI)組成，輸出段又由輸入段組成。所謂域，指的就是整個(gè)bin映像文件所處在的區(qū)域，它又分為加載域和運(yùn)行域。加載域就是映像文件被靜態(tài)存放的工作區(qū)域，一般來說flash里的 整個(gè)bin文件所在的地址空間就是加載域，當(dāng)然在程序一般都不會(huì)放在 flash里執(zhí)行，一般都會(huì)搬到sdram里運(yùn)行工作，它們在被搬到sdram里工作所處的地址空間就是運(yùn)行域。
        我們輸入的代碼，一般有代碼部分和數(shù)據(jù)部分，這就是所謂的輸入段，經(jīng)過編譯后就變成了bin文件中ro段和rw段，還有所謂的zi段，這就是輸出段。對于加載域中的輸出段，一般來說ro段后面緊跟著rw段，rw段后面緊跟著zi段。在運(yùn)行域中這些輸出段并不連續(xù)，但rw和zi一定是連著的。zi段和rw段中的數(shù)據(jù)其實(shí)可以是rw屬性。

                | Image
RO

Base| |Image
RO

Limit| |Image
RW

Base| |Image
ZI

Base| |Image
ZI

Limit|這幾個(gè)變量是編譯器通知的，我們在 makefile文件中可以看到它們的值。它們指示了在運(yùn)行域中各個(gè)輸出段所處的地址空間。| Image
RO

Base| 就是ro段在運(yùn)行域中的起始地址，|Image
RO

Limit| 是ro段在運(yùn)行域中的截止地址。其它依次類推。我們可以在linker的output中指定，在 simple模式中，ro base對應(yīng)的就是| Image
RO

Base|，rw base 對應(yīng)的是|Image
RW

Base|，由于rw和zi相連，|Image
ZI

Base| 就等于|Image
ZI

limit| .其它的值都是編譯器自動(dòng)計(jì)算出來的。

            下面是2410啟動(dòng)代碼的搬運(yùn)部分，我給出注釋
            BaseOfROM DCD |Image
RO

Base|
            TopOfROM DCD |Image
RO

Limit|
            BaseOfBSS DCD |Image
RW

Base|
            BaseOfZero DCD |Image
ZI

Base|
            EndOfBSS DCD |Image
ZI

Limit|
            adr r0, ResetEntry;    ResetEntry是復(fù)位運(yùn)行時(shí)域的起始地址，在boot nand中一般是0
            ldr r2, BaseOfROM;
            cmp r0, r2
            ldreq r0, TopOfROM;TopOfROM=0x30001de0，代碼段地址的結(jié)束
            beq InitRam
            ldr r3, TopOfROM
            ；part 1，通過比較，將ro搬到sdram里，搬到的目的地址從 | Image
RO

Base| 開始，到|Image
RO

Limit|結(jié)束
            
            0
            ldmia r0!, {r4-r7}
            stmia r2!, {r4-r7}
            cmp r2, r3
            bcc %B0;
            
            ；part 2，搬rw段到sdram，目的地址從|Image
RW

Base| 開始，到|Image
ZI

Base|結(jié)束
            sub r2, r2, r3;r2=0
            sub r0, r0, r2   
            InitRam ;carry rw to baseofBSS
            ldr r2, BaseOfBSS ;TopOfROM=0x30001de0,baseofrw
            ldr r3, BaseOfZero ;BaseOfZero=0x30001de0
            0
            cmp r2, r3
            ldrcc r1, [r0], #4
            strcc r1, [r2], #4
            bcc %B0
            ；part 3，將sdram zi初始化為0，地址從|Image
ZI

Base|到|Image
ZI

Limit|
            mov r0, #0;init 0
            ldr r3, EndOfBSS;EndOfBSS=30001e40
            1
            cmp r2, r3
            strcc r0, [r2], #4
            bcc %B1



------------------------------------------------------------

一 概述

Scatter file (分散加載描述文件)用于armlink的輸入?yún)?shù)，他指定映像文件內(nèi)部各區(qū)域的download與運(yùn)行時(shí)位置。Armlink將會(huì)根據(jù)scatter file生成一些區(qū)域相關(guān)的符號，他們是全局的供用戶建立運(yùn)行時(shí)環(huán)境時(shí)使用。（注意：當(dāng)使用了scatter file 時(shí)將不會(huì)生成以下符號 Image
RW

Base, Image
RW

Limit, Image
RO

Base, Image
RO

Limit, Image
ZI

Base, and Image
ZI

Limit）

二 什么時(shí)候使用scatter file

       當(dāng)然首要的條件是你在利用ADS進(jìn)行項(xiàng)目開發(fā)，下面我們看看更具體的一些情況。
1 存在復(fù)雜的地址映射：例如代碼和數(shù)據(jù)需要分開放在在多個(gè)區(qū)域。
2 存在多種存儲器類型：例如包含 Flash,ROM,SDRAM,快速SRAM。我們根據(jù)代碼與數(shù)據(jù)的特性把他們放在不同的存儲器中，比如中斷處理部分放在快速SRAM內(nèi)部來提高響應(yīng)速度，而把不常用到的代碼放到速度比較慢的Flash內(nèi)。
3 函數(shù)的地址固定定位：可以利用Scatter file實(shí)現(xiàn)把某個(gè)函數(shù)放在固定地址，而不管其應(yīng)用程序是否已經(jīng)改變或重新編譯。
4 利用符號確定堆與堆棧：
5 內(nèi)存映射的IO：采用scatter file可以實(shí)現(xiàn)把某個(gè)數(shù)據(jù)段放在精確的地指處。
因此對于嵌入式系統(tǒng)來說scatter file是必不可少的，因?yàn)榍度胧较到y(tǒng)采用了ROM，RAM，和內(nèi)存映射的IO。


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