ARM启动代码分析 在arm启动代码中
\u4e86\u89e3ARM\u542f\u52a8\u4ee3\u7801\u7684\u76ee\u7684\u4ec0\u4e48?\u5982\u679c\u4f60\u4ec5\u4ec5\u662f\u505a\u5d4c\u5165\u5f0f\u8f6f\u4ef6\u7684\uff0c\u5927\u81f4\u4e86\u89e3\u5373\u53ef\uff0c\u4f46\u5982\u679c\u4f60\u662f\u505a\u786c\u4ef6\u7684\uff0c\u5c31\u5fc5\u987b\u5bf9\u5176\u6709\u6df1\u5165\u7684\u4e86\u89e3\uff0c\u5426\u5219\u4f60\u59cb\u7ec8\u4e0d\u6e05\u695a\u4e00\u6b3e\u82af\u7247\u771f\u6b63\u7684\u5de5\u4f5c\u539f\u7406\u3002
arm\u6709\u597d\u51e0\u79cd\u5de5\u4f5c\u6a21\u5f0f\uff0c\u6bcf\u79cd\u5de5\u4f5c\u6a21\u5f0f\u90fd\u6709\u81ea\u5df1\u7684\u5806\u6808\u6307\u9488\uff08SP\uff09\u3002\u5bf9\u4e8e\u5806\u6808\u521d\u59cb\u5316\u4e00\u822c\u662f\u521d\u59cb\u5316\u6bcf\u4e2a\u5de5\u4f5c\u6a21\u5f0f\u7684SP\u6307\u9488\uff0c\u521d\u59cb\u5316\u4e00\u822c\u5728startup.S\u6587\u4ef6\u4e2d\uff0carm\u5728\u4e0a\u7535\u590d\u4f4d\u540e\u5148\u6267\u884cstartup.S\u624d\u8fdb\u5165\u5230main\u4e3b\u51fd\u6570\u4e2d\uff0c\u6240\u4ee5\u5728\u7a0b\u5e8f\u5165\u53e3\u70b9\u8fdb\u5165\u4e0d\u4f1a\u518d\u521d\u59cb\u5316\u5806\u6808\uff0c\u9664\u975e\u4f60\u5728\u7a0b\u5e8f\u4e2d\u6709\u5bf9\u5806\u6808\u7684\u7279\u6b8a\u8981\u6c42\u3002
理解启动代码(ADS)所谓启动代码,就是处理器在启动的时候执行的一段代码,主要任务是初始化处理器模式,设置堆栈,初始化变量等等.由于以上的操作均与处理器体系结构和系统配置密切相关,所以一般由汇编来编写.
具体到S64,启动代码分成两部分,一是与ARM7TDMI内核相关的部分,包括处理器各异常向量的配置,各处理器模式的堆栈设置,如有必要,复制向量到RAM,以便remap之后处理器正确处理异常,初始化数据(包括RW与ZI),最后跳转到Main.二是与处理器外部设备相关的部分,这和厂商的联系比较大.虽然都采用了ARM7TDMI的内核,但是不同的厂家整合了不同的片上外设,需要不同的初始化,其中比较重要的是初始化WDT,初始化各子系统时钟,有必要的话,进行remap.这一部分与一般控制器的初始化类似,因此,本文不作重点描述.
在进行分析之前,请确认如下相关概念:
S64片上FLASH起始于0x100000,共64kB,片上RAM起始于0x200000,共16kB.
S64复位之后,程序会从0开始执行,此时FLASH被映射到0地址,因此,S64可以取得指令并执行.显然,此时还是驻留在0x100000地址.如果使用remap命令,将会把RAM映射到0地址,同样的这时0地址的内容也只是RAM的镜像.
S64的FLASH可以保证在最差情况时以30MHz进行单周期访问,而RAM可以保证在最大速度时的单周期访问.
OK,以下开始分析启动代码.
一,处理器异常
S64将异常向量至于0地址开始的几个直接,这些是必需要处理的.由于复位向量位于0,也需要一条跳转指令.具体代码如下:
RESET
B SYSINIT ; Reset
B UDFHANDLER ; UNDEFINED
B SWIHANDLER ; SWI
B PABTHANDLER ; PREFETCH ABORT
B DABTHANDLER ; DATA ABORT
B . ; RESERVED
B VECTORED_IRQ_HANDLER
B . ; ADD FIQ CODE HERE
UDFHANDLER
B .
SWIHANDLER
B .
PABTHANDLER
B .
DABTHANDLER
B .
请注意,B指令经汇编后会替换为当前PC值加上一个修正值(+/-),所以这条指令是代码位置无关的,也就是不管这条指令是在0地址还是在0x100000执行,都能跳转到指定的位置,而LDR PC,=???将向PC直接装载一个标号的值,请注意,标号在编译过后将被替换为一个与RO相对应的值,也就是说,这样的指令无论在哪里执行,都只会跳转到一个指定的位置.下面举一个具体的例子来说明两者的区别:
假定有如下程序:
RESET
B INIT 或者 LDR PC,=INIT
…
INIT
…
其中RESET为起始时的代码,也就是这条代码的偏移为0,设INIT的偏移量为offset.如果将这段程序按照RO=0x1000000编译, 那么B INIT可理解为ADD PC, PC, #offset,而LDR PC,=INIT可被理解为 MOV PC,#(RO+offset) .显然当系统复位时,程序从0开始运行,而0地址有FLASH的副本,执行B INIT将把PC指向位于0地址处的镜像代码位置,也即INIT;如果执行LDR PC,=INIT将会将PC直接指向位于FLASH中的原始代码.因此以上两者都能正确运行.下面将RO设置为0x200000,编译后生成代码,还是得烧写到FLASH中,也就是还是0x100000,系统复位后从0地址执行,还是FLASH的副本,此时执行B INIT,将跳到副本中的INIT位置执行,此处有对应的代码;但是如果执行LDR PC,=INIT,将向PC加载0x200000+offset,这将使得PC跳到RAM中,而此时由于代码没有复制,RAM中的指定位置并没有代码,程序无法运行.
二,处理器模式
ARM的处理器可工作于多种模式,不同模式有不同的堆栈 ,以下设置各模式及其堆栈.
预定义一些参数:
MODUSR EQU 0x10
MODSYS EQU 0x1F
MODSVC EQU 0x13
MODABT EQU 0x17
MODUDF EQU 0x1B
MODIRQ EQU 0x12
MODFIQ EQU 0x11
IRQBIT EQU 0x80
FIQBIT EQU 0x40
RAMEND EQU 0x00204000 ; S64 : 16KB RAM
VECTSIZE EQU 0x100 ;
UsrStkSz EQU 8 ; size of USR stack
SysStkSz EQU 128 ; size of SYS stack
SvcStkSz EQU 8 ; size of SVC stack
UdfStkSz EQU 8 ; size of UDF stack
AbtStkSz EQU 8 ; size of ABT stack
IrqStkSz EQU 128 ; size of IRQ stack
FiqStkSz EQU 16 ; size of FIQ stack
修改这些值即可修改相应模式堆栈的尺寸.
以下为各模式代码:
SYSINIT
;
MRS R0,CPSR
BIC R0,R0,#0x1F
MOV R2,#RAMEND
ORR R1,R0,#(MODSVC :OR: IRQBIT :OR: FIQBIT)
MSR cpsr_cxsf,R1 ; ENTER SVC MODE
MOV sp,R2
SUB R2,R2,#SvcStkSz
ORR R1,R0,#(MODFIQ :OR: IRQBIT :OR: FIQBIT)
MSR CPSR_cxsf,R1 ; ENTER FIQ MODE
MOV sp,R2
SUB R2,R2,#FiqStkSz
ORR R1,R0,#(MODIRQ :OR: IRQBIT :OR: FIQBIT)
MSR CPSR_cxsf,R1 ; ENTER IRQ MODE
MOV sp,R2
SUB R2,R2,#IrqStkSz
ORR R1,R0,#(MODUDF :OR: IRQBIT :OR: FIQBIT)
MSR CPSR_cxsf,R1 ; ENTER UDF MODE
MOV sp,R2
SUB R2,R2,#UdfStkSz
ORR R1,R0,#(MODABT :OR: IRQBIT :OR: FIQBIT)
MSR CPSR_cxsf,R1 ; ENTER ABT MODE
MOV sp,R2
SUB R2,R2,#AbtStkSz
;ORR R1,R0,#(MODUSR :OR: IRQBIT :OR: FIQBIT)
;MSR CPSR_cxsf,R1 ; ENTER USR MODE
;MOV sp,R2
;SUB R2,R2,#UsrStkSz
ORR R1,R0,#(MODSYS :OR: IRQBIT :OR: FIQBIT)
MSR CPSR_cxsf,R1 ; ENTER SYS MODE
MOV sp,R2 ;
三,初始化变量
编译完成之后,连接器会生成三个基本的段,分别是RO,RW,ZI,并会在image中顺序摆放.显然,RW,ZI在运行开始时并不位于指定的RW位置,因此必须初始化
LDR R0,=|Image$$RO$$Limit|
LDR R1,=|Image$$RW$$Base|
LDR R2,=|Image$$ZI$$Base|
1
CMP R1,R2
LDRLO R3,[R0],#4
STRLO R3,[R1],#4
BLO %B1
MOV R3,#0
LDR R1,=|Image$$ZI$$Limit|
2
CMP R2,R1
STRLO R3,[R2],#4
BLO %B2
四,复制异常向量
由于代码于RAM运行时,有明显的速度优势,而且变量可以动态配置,因此可以通过remap将RAM映射到0,使得出现异常时ARM从RAM中取得向量.
IMPORT |Image$$RO$$Base|
IMPORT |Image$$RO$$Limit|
IMPORT |Image$$RW$$Base|
IMPORT |Image$$RW$$Limit|
IMPORT |Image$$ZI$$Base|
IMPORT |Image$$ZI$$Limit|
COPY_VECT_TO_RAM
LDR R0,=|Image$$RO$$Base|
LDR R1,=SYSINIT
LDR R2,=0x200000 ; RAM START
0
CMP R0,R1
LDRLO R3,[R0],#4
STRLO R3,[R2],#4
BLO %B0
这段程序将SYSINIT之前的代码,也就是异常处理函数,全部复制到RAM中, 这就意味着不能将RW设置为0x200000,这样会使得向量被冲掉.
四,在RAM中运行
如果有必要,且代码足够小,可以将代码置于RAM中运行,由于RAM中本身没有代码,就需要将代码复制到RAM中:
COPY_BEGIN
LDR R0,=0x200000
LDR R1,=RESET ; =|Image$$RO$$Base|
CMP R1,R0 ;
BLO COPY_END ;
ADR R0,RESET
ADR R2,COPY_END
SUB R0,R2,R0
ADD R1,R1,R0
LDR R3,=|Image$$RO$$Limit|
3
CMP R1,R3
LDRLO R4,[R2],#4
STRLO R4,[R1],#4
BLO %B3
LDR PC,=COPY_END
COPY_END
程序首先取得RESET的连接地址,判断程序是否时是在RAM中运行,方法是与RAM起始地址比较,如果小于,那么就跳过代码复制.
在复制代码的时候需要注意,在这段程序结束之前的代码没有必要复制,因为这些代码都已经执行过了,所以,先取得COPY_END,作为复制起始地址,然后计算其相对RESET的偏移,然后以RO的值加上这个偏移,就是复制目的地的起始地址,然后开始复制.
五,开始主程序
以上步骤完成,就可以跳转到main运行
IMPORT Main
LDR PC,=Main
B .
六,器件初始化
主程序首先要进行器件的初始化,对S64而言,应该先初始化WDT,因为默认情况下,WDT是打开的,然后是各设备的时钟分配,最后应该remap
绛旓細涓嶆槸涓鍥炰簨鍎匡紝鍚姩浠ｇ爜鏄痓ootloader锛屽紩瀵兼搷浣滅郴缁熷惎鍔ㄧ殑銆傞┍鍔ㄧ▼搴忔槸鐢辨搷浣滅郴缁熻皟搴︽潵鎺у埗澶栭儴璁惧鐨勩
绛旓細鍥犱负C璇█鎵ц涔嬪墠锛岄渶瑕佸厛璁剧疆濂藉爢鏍堟寚閽堛傝浠ュ彧鏈夊厛鐢ㄦ眹缂栵紝璁剧疆浜嗗爢鏍堟寚閽堜箣鍚庢墠鑳借皟鐢–鍑芥暟锛岃繖鏍稢鍑芥暟鎵嶈兘鎵ц銆
绛旓細1.鍙兘鏄綘鍦ㄥ缓宸ョ▼鏃讹紝闂綘瑕佷笉瑕佸鍒鍚姩浠ｇ爜鍒板伐绋嬶紝濡傗 copy standard 8051 startup code to project and ADD file to the project鈥,浣犻夋嫨浜哊O锛屽綋鐒剁紪璇戞椂鏌ヤ笉鍒扳淪TARTUP.A51鈥2.鏈潵鏄湁鐨勶紝鍙兘鍦ㄧЩ闄ゆ帀鈥淪TARTUP.A51鈥濓紝鈥淩emove file STARTUP.A51鈥.
绛旓細绋嬪簭娓呭崟锛堜簩锛 绠鍗曠殑鍚姩浠ｇ爜 IMPORT |Image$$RO$$Limit | ;R0杈撳嚭娈靛瓨鍌ㄥ尯鍩熺晫绾 IMPORT |Image$$RW$$Base | ;RW杈撳嚭娈佃繍琛屾椂璧峰鍦板潃 IMPORT |Image$$ZI$$Base | ;ZI杈撳嚭娈佃繍琛屾椂璧峰鍦板潃 IMPORT |Image$$ZI$$Limit | ;ZI杈撳嚭娈靛瓨鍌ㄥ尯鍩熺晫绾 IMPORT Main ;涓诲嚱鏁 AREA Start,CODE,READ...
绛旓細鏈鍚姩浠ｇ爜鐨勶紝鑰屼笖鍙互鏀圭殑锛屽氨鏄偅涓猻tartup.asm鏂囦欢锛屾槸涓眹缂栫▼搴
绛旓細绗4绔犳繁鍏ARM C璇█鍩虹锛岃瑙ｆ暟鎹被鍨嬨佷綅杩愮畻鍜屾帶鍒剁粨鏋勶紝浠ュ強C璇█鍦ˋRM缂栬瘧鍣ㄤ腑鐨勬墿灞曘傜5绔犳帰璁ㄦ贩鍚堢紪绋嬶紝鐞嗚В娣峰悎缂栫▼瑙勫垯鍜屽浣曞湪ARM姹囩紪鍜孋璇█涔嬮棿鍗忎綔銆傜6绔犻氳繃GPIO缂栫▼瀹為獙锛屽寘鎷祦姘寸伅绀轰緥锛岃瑙PIO鎿嶄綔鍜屾墿灞曘傛彁楂樼瘒 绗7绔鍒嗘瀽鍚姩浠ｇ爜锛屼粠纭欢鍜屽惎鍔ㄦ祦绋嬭瑙ｏ紝娣卞叆鐞嗚В涓柇鍚戦噺琛ㄧ殑寤虹珛...
绛旓細..\keil\arm\..\startup.s鏄痥eil鎻愪緵鐨勯氱敤鐨鍚姩浠ｇ爜锛屽彲浠ユ弧瓒冲ぇ澶氭暟鐨勪娇鐢ㄨ姹傘俈ectors LDR PC, Reset_Addr LDR PC, Undef_Addr LDR PC, SWI_Addr LDR PC, PAbt_Addr LDR PC, DAbt_Addr NOP ; Reserved Vector ; LDR PC, IRQ_Addr LDR PC, [PC, #-0x0FF...
绛旓細arm-linux-gcc -c -o sdram.o sdram.c arm-linux-ld -Tnand.lds head.o mem.o flash.o nand_read.o sdram.o -o sdram_tmp.o arm-linux-objcopy -O binary -S sdram_tmp.o sdramclean: rm -f *.o rm -f sdram濂戒簡,浣犳妸杩欎簺鏂囦欢鎷蜂笅鍘,鎵цmake鍛戒护灏辫兘鐢熸垚鍙墽琛岀殑浜岃繘鍒浠ｇ爜sdram,鎶妔dram...
绛旓細鐗囧唴鐨剅am鐢ㄦ潵瀛樺偍鍚姩浠ｇ爜锛屽湪2440鍒濆鍖杝dram涔嬪墠锛屼唬鐮佸氨鍦ㄧ墖鍐卹am涓繍琛屻傜墖鍐卹am瑁呰浇鐨勬槸norflash涓殑鍐呭锛屽嵆u-boot銆倁boot鏀惧湪norflash閲岋紝nandflash灏卞瓨鏀剧殑鎿嶄綔绯荤粺銆傛墍浠orflash鐩稿綋浜庣數鑴戠殑bios锛宯anflash鎵嶆槸纭洏銆俿dram灏辨槸鍐呭瓨浜 uboot鏄竴绾у惎鍔ㄤ唬鐮侊紝鍗砨ootloader锛岀敤鏉ュ姞杞芥搷浣滅郴缁燂紙nand...
绛旓細涓婄數锛屼粠0x0鍦板潃寮濮嬶紝闇瑕佽繍琛孊oot Block銆備絾鏄憿锛孊oot Block鍏跺疄鏄斁鍦0x80000000锛2G绌洪棿锛夊線涓嬬殑鍑燢绌洪棿閲岋紝鎵浠ワ紝灏遍渶瑕佹妸鍘熷厛鍦0x80000000鐨凚oot Block閲嶆槧灏勫埌0x0銆備腑鏂悜閲忥紝鍦˙oot Block锛鍚姩浠ｇ爜锛圔oot Loader锛夛紝鎿嶄綔绯荤粺閲岄兘鏈夈侰PU鏄垎涓嶅悓闃舵鍘婚夋嫨鎬х殑鎶婂叾浠栧湴鍧涓婄殑寮傚父涓柇鍚戦噺琛ㄦ槧灏...
