ARM嵌入式系统初始化过程

基于ARM内核微处理器的系统一般为复杂的片上系统，这种复杂系统的多数硬件模块都是可配置的，需要软件设置为特定的工作状态，因此在用户的应用程序之前，需要有一些专门的代码完成对系统的初始化。由于这类代码直接面对ARM处理器内核和硬件控制器，一般都使用汇编语言完成。初始化代码完成的操作与具有的硬件平台相关，但一般包括一下的内容：

－－初始化异常向量表（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端口和设备

－－初始化应用程序的运行环境

－－调用主应用程序

 

1、初始化异常向量表（中断向量表）

   ARM微处理器结构要求中断向量表必须放置在从0x00地址开始的连续8×4字节的空间内，每当一个中断（异常）发生以后，ARM微处理器便强制把PC置为对应的中断向量。由于每个中断只占用向量表中一个字（4个字节）的存储空间，只能放一条ARM指令，所以通常为跳转指令，使程序从向量表跳转到存储器的其他位置，执行真正的中断处理。

具体代码实现如下：

AREA Init,CODE,READONLY

ENTRY

B  Reset_Handler     ；异常复位

B  Undef_Handler     ；未定义指令异常

B  SWI_Handler       ；软件中断

B  PreAbort_Handler  ；指令预取中止

B  DataAbord_Handler ；数据中止

B  .                 ；系统保留

B  IRQ_Handler       ；普通外部中断

B  FIQ_Handler       ；快速外部中断

..........

 

2、初始化存储器系统

   主要是对系统存储器控制器（MMU）的初始化。由于存储器控制器并不是ARM架构的一部分，不同芯片的实现方式各不相同。由于运算能力和寻址能力的强大，基于ARM内核的微处理器系统一般都需要外扩展各种类型的存储器。对于存储器系统的初始化一般包括如下几个方面：

－－存储器类型、时序和总线宽度的配置

－－存储器地址的配置

（1）存储器类型

   基于ARM微处理系统的存储器一般有如下几类：SARM,DRAM,Flah,同时，即使同类存储器也有访问速度上的不同。其中，SRAM和Flah属于静态存储器，可以共用存储器端口，而DRAM有动态刷新和地址复用等特征，需要专门的存储器端口。

（2）时序

   存储器端口的接口时序优化对系统性能影响非常大，因为系统运行的速度瓶颈一般都存在于存储器的访问，因此希望存储器的访问尽可能快，但又要考虑由此带来的系统稳定性问题。

（3）总线宽度

   ARM微处理器架构支持8/16/32位的数据总线宽度访问存储器和外设，对于特定的存储器来说，需要设定数据总线的宽度。

（4）存储器地址的配置

   ARM微处理器架构理论上可以支持4GB的地址空间，而对于一个实际的系统来说，配置的物理地址远没有这么多，因此，如何配置存储器的地址，也是一个重要的问题。

（5）存储器地址重映射

   存储器地址重映射就是可以通过软件配置来改变一块存储器物理地址的方法，是当前许多先进控制器所具有的功能。

进行地址重映射的原因：提高系统的运行效率。

进行地址重映射的注意：保证程序流程的连续性。

有的ARM处理器不具有地址重映射的功能，可以采样代码搬移加跳转的方式完成上述功能。

 

3、初始化堆栈

   由于ARM微处理器有7中运行模式，每一种模式的堆栈指针（SP）都是独立的（其中系统模式和用户模式使用相同的SP）。因此，需要对每一种模式的SP进行初始化。

   采用的方法是：改变当前程序状态寄存器（CPSR）内的状态位，使处理器切换到不同的状态，然后初始化SP。但是对用户模式下SP的初始化应该放在最后，因为ARM微处理器进入用户模式之后就无法再切换到其他模式。

   设置堆栈应该注意的问题是：堆栈的大小根据需要确定，要尽可能给堆栈分配高速存储器（例如片内的SRAM）。堆栈性能的提高对提高系统整体性能的影响非常显著。

初始化堆栈的代码如下：

MRS  R0, CPSR

BIC  R0, R0, #MODEMASK

ORR  R1, R0, #IRQMODE

MSR  CPSR_c, R1

LDR  SP, =IRQStack

BIC  R0, R0, #MODEMASK

ORR  R1, R0, #FIQMODE

MSR  CPSR_c, R1

LDR  SP, =FIQStack

.........

 

4、初始化应用程序和有特殊要求的端口和设备

   该部分的初始化由具体的系统和用户需求决定，一般的外设初始化可以放在系统初始化以后进行。比较典型的应用是驱动一些简单的输出设备，例如LED等，用来指示系统启动的进程和状态。初始化应用程序的运行环境，就是完成必要的从ROM到RAM的数据传输，初始化有特殊要求的端口、设备和应用程序的运行环境。

 

5、改变处理器的模式

   ARM微处理器支持7种模式，其中：

超级模式（Supervisor）：复位后的缺省模式。

多种特权模式变化：主要完成各模式的堆栈设置，注意不要进入用户模式。

用户模式：用户程序运行模式。

 

6、调用应用主程序

   当完成所有的系统初始化工作之后，就需要把程序流程转入主应用程序。最常见的操作是：

   IMPORT  C_Entry

   ......

   B       C_Entry