實驗三  

一、實驗目的

1.  掌握ARM啟動的基本知識和流程

二、實驗內(nèi)容

1.  認真學習ARM啟動的流程，單步執(zhí)行程序，查看各寄存器的變化。

三、實驗設備

EL-ARM-830教學實驗箱，PentiumII以上的PC機。

PC操作系統(tǒng)WIN98或WIN2000或WINXP，ADS1.2集成開發(fā)環(huán)境。

四、實驗步驟

本實驗僅使用實驗教學系統(tǒng)的CPU板。在進行本實驗時，LCD電源開關、音頻的左右聲道開關、AD通道選擇開關、觸摸屏中斷選擇開關等均應處在關閉狀態(tài)。

ARM的啟動。該實驗不是演示實驗，是學習啟動流程的實驗

基于ARM芯片的應用系統(tǒng)，多數(shù)為復雜的片上系統(tǒng)，該復雜系統(tǒng)里，多數(shù)硬件模塊都是可配置的，需要由軟件來預先設置其需要的工作狀態(tài)，因此在用戶的應用程序之前，需要由專門的一段代碼來完成對系統(tǒng)基本的初始化工作。由于此類代碼直接面對處理器內(nèi)核和硬件控制器進行編程，故一般均用匯編語言實現(xiàn)。系統(tǒng)的基本初始化內(nèi)容一般包括：

1. 分配中斷向量表

2. 初始化存儲器系統(tǒng)

3. 初始化各工作模式的堆棧

4. 初始化有特殊要求的硬件模塊

5. 初始化用戶程序的執(zhí)行環(huán)境

6. 切換處理器的工作模式

7. 呼叫主應用程序

ARM要求中斷向量表必須放置在從0x00000000地址開始，連續(xù)32個字節(jié)的空間內(nèi)。每當一個中斷發(fā)生后，ARM處理器便強制把PC指針指向?qū)�應中斷類型的向量表中的地址。因為每個中斷只占據(jù)向量表中4個字節(jié)的存儲空間，只能放置一條ARM指令，所以，通常放一條跳轉(zhuǎn)指令讓程序跳轉(zhuǎn)到存儲器的其他地方，再執(zhí)行中斷處理。

1.分配中斷向量表

中斷向量表的程序通常如下表示：

AREA  Init ,CODE, READONLY

ENTRY

B    ResetHandler

B    UndefHandler

B    SWIHandler

B    PreAbortHandler

B    DataAbortHandler

B．

B    IRQHandler

B    FIQHandler

其中關鍵字ENTRY是指定編譯器保留這段代碼，鏈接的時候要確保這段代碼被鏈接在整個程序的入口地址，該地址也就是RO的連接地址。當ARM啟動時，PC指針會自動尋找該關鍵字從該關鍵字處執(zhí)行，該關鍵字的地址應滿足4字節(jié)對齊的地址。

當中斷控制器使能外設模塊為向量中斷時，如定時器向量中斷，ADC向量中斷，外部中斷向量中斷等等，外設中斷向量表同理需要相應的跳轉(zhuǎn)指令，以發(fā)生相應中斷時從對應的中斷向量表跳到存儲器的某個地方，一般可選擇讓其跳到SDRAM的高端地址，然后，再跳入中斷服務程序的地址，往下執(zhí)行。

2. 初始化存儲器系統(tǒng)

存儲器類型,存儲的容量以及時序配置、總線寬度等等。通常Flash和SRAM同屬于靜態(tài)存儲器類型，可以合用同一個存儲器端口；而DRAM因為有動態(tài)刷新和地址線復用等特性，通常配有專用的存儲器端口。除存儲器外，網(wǎng)絡芯片的存儲器相關配置，外接大容量的存儲卡的配置均在此處實現(xiàn)。

存儲器端口的接口時序優(yōu)化是非常重要的，這會影響到整個系統(tǒng)的性能。因為一般系統(tǒng)運行的速度瓶頸都存在于存儲器訪問，所以存儲器訪問時序應盡可能的快；而同時又要考慮到由此帶來的穩(wěn)定性問題。

3. 初始化堆棧

因為ARM有7種執(zhí)行狀態(tài)，每一種狀態(tài)的堆棧指針寄存器（SP）都是獨立的。所以，對程序中需要用到的每一種模式都要給SP定義一個堆棧地址。方法是改變狀態(tài)寄存器內(nèi)的狀態(tài)位，使處理器切換到不同的狀態(tài)，然后給SP賦值。注意：不要切換到User模式進行User模式的堆棧設置，因為進入User模式后就不能再操作CPSR回到別的模式了，可能會對接下去的程序執(zhí)行造成影響。

這是一段堆棧初始化的代碼示例：

;// 預定義處理器模式常量

USERMODE     EQU                0x10

FIQMODE            EQU                        0x11

IRQMODE            EQU                        0x12

SVCMODE            EQU                        0x13

ABORTMODE   EQU                    0x17

UNDEFMODE   EQU                    0x1b

SYSMODE     EQU             0x1f

NOINT            EQU                        0xc0   // 屏蔽中斷位

InitStacks

        mrs        r0,cpsr

        bic        r0,r0,#MODEMASK

        orr        r1,r0,#UNDEFMODE|NOINT

        msr        cpsr_cxsf,r1                                ;//未定義模式堆棧

        ldr        sp,=UndefStack

       

        orr        r1,r0,#ABORTMODE|NOINT

        msr        cpsr_cxsf,r1                                ;//終止模式堆棧

        ldr        sp,=AbortStack

        orr        r1,r0,#IRQMODE|NOINT

        msr        cpsr_cxsf,r1                                ;//中斷模式堆棧

        ldr        sp,=IRQStack

   

        orr        r1,r0,#FIQMODE|NOINT

        msr        cpsr_cxsf,r1                                ;//快中斷模式堆棧

        ldr        sp,=FIQStack

        bic        r0,r0,#MODEMASK|NOINT

        orr        r1,r0,#SVCMODE

       

        msr        cpsr_cxsf,r1                                ;//服務模式堆棧

        ldr        sp,=SVCStack

                                                                       

        mov        pc,lr

LTORG

4. 初始化有特殊要求的硬件模塊

比如，時鐘模塊，看門狗模塊等。

5. 初始化應用程序執(zhí)行環(huán)境

映像一開始總是存儲在ROM／Flash里面的，其RO部分即可以在ROM／Flash里面執(zhí)行，也可以轉(zhuǎn)移到速度更快的RAM中執(zhí)行；而RW和ZI這兩部分是必須轉(zhuǎn)移到可寫的RAM里去。所謂應用程序執(zhí)行環(huán)境的初始化，就是完成必要的從ROM到RAM的數(shù)據(jù)傳輸和內(nèi)容清零。

下面是在ADS下，一種常用存儲器模型的直接實現(xiàn)：

LDR    r0,=|Image$$RO$$Limit|  得到RW數(shù)據(jù)源的起始地址

LDR    r1,=|Image$$RW$$Base|  RW區(qū)在RAM里的執(zhí)行區(qū)起始地址

LDR    r3,=|Image$$ZI$$Base|   ZI區(qū)在RAM里面的起始地址

CMP    r0,r1                  比較它們是否相等

              BEQ    %F1

0   CMP    r1,r3

              LDRCC  r2,[r0],#4

              STRCC  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?qū)崿F(xiàn)了RW數(shù)據(jù)的拷貝和ZI區(qū)域的清零功能。其中引用到的4個符號是由鏈接器輸出的。

|Image$$RO$$Limit|：表示RO區(qū)末地址后面的地址，即RW數(shù)據(jù)源的起始地址

|Image$$RW$$Base|：RW區(qū)在RAM里的執(zhí)行區(qū)起始地址，也就是編譯器選項RW_Base指定的地址

|Image$$ZI$$Base|：ZI區(qū)在RAM里面的起始地址

|Image$$ZI$$Limit|：ZI區(qū)在RAM里面的結(jié)束地址后面的一個地址

程序先把ROM中|Image$$RO$$Limt|的地址開始的RW初始數(shù)據(jù)拷貝到RAM里面|Image$$RW$$Base|開始的地址，當RAM這邊的目標地址到達|Image$$ZI$$Base|后就表示RW區(qū)的結(jié)束和ZI區(qū)的開始，接下去就對這片ZI區(qū)進行清零操作，直到遇到結(jié)束地址|Image$$ZI$$Limit|

詳細請參閱ADS1.2的PDF文件夾內(nèi)ADS_LINKERGUIDE_A.PDF文檔。

6. 改變處理器模式

因為在初始化過程中，許多操作需要在特權(quán)模式下才能進行（比如對CPSR的修改），所以要特別注意不能過早的進入用戶模式。

內(nèi)核級的中斷使能也可以考慮在這一步進行。如果系統(tǒng)中另外存在一個專門的中斷控制器，比如三星的S3C2410，這么做總是安全的。

7. 呼叫主應用程序

當所有的系統(tǒng)初始化工作完成之后，就需要把程序流程轉(zhuǎn)入主應用程序。最簡單的一種情況是：

IMPORT Main

B      Main

直接從啟動代碼跳轉(zhuǎn)到應用程序的主函數(shù)入口，當然主函數(shù)名字可以由用戶隨便定義。

               

在ARM ADS環(huán)境中，還另外提供了一套系統(tǒng)級的呼叫機制。

IMPORT __main

                B     __main

__main()是編譯系統(tǒng)提供的一個函數(shù)，負責完成庫函數(shù)的初始化和初始化應用程序執(zhí)行環(huán)境，最后自動跳轉(zhuǎn)到main()函數(shù)。但這要進一步設置一些參數(shù)，使用起來較復雜，隨著對ARM的進一步的應用，可以以后使用該種方式。

可以單步執(zhí)行工程文件, 認真學習代碼的注釋,觀察各存儲器的變化。建議用實驗程序\HARDWARE\ADS\實驗四\boot.mcp在ADS的開發(fā)環(huán)境的AXD Debugger中運行,運行之前，首先配置options\configure target\ARMUL，選ARMUL是使用軟件仿真。

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