ARM9 (2440A) 从启动代码到应用程序(Main) 1

来源：互联网发布：java cas是什么编辑：程序博客网时间：2024/06/05 17:52

ARM9(2440A) 从启动代码到应用程序

说一下从启动代码到Main函数的过程，以及到了Main还需要设置些什么，才算是一个完整的应用程序。

启动代码

我们知道，uboot的第一阶段的功能是：(1)定义入口；(2)设置异常向量(exception vector)；(3)设置CPU的速度、时钟频率及中断控制寄存器；(4)初始化内存控制器；(5)将rom中的程序复制到ram中；(6)初始化堆栈；(7)转到ram中执行；

其实我们要实现的启动代码功能也就是实现这些功能，最后跳转到我们自己的应用程序入口。只是这里的启动代码，我们不用uboot来实现，可以说是根据自己的需求来实现，毕竟uboot代码量不小。

keil下创建工程时自动添加的启动文件实现的功能不多，网上大多人采用的是ADS下面的启动文件2440init.s，这里有关于这个文件的详细注释：2440init详细注释.s(http://wenku.baidu.com/view/de704e4f767f5acfa1c7cd6d.html?re=view)

这个文件实现的功能大致有：

建立异常向量表；

关闭看门狗，设置时钟频率；

初始化各个模式下的堆栈；

拷贝RO代码拷贝到特定地址处；

初始化RW、 ZI数据；

跳转到Main函数；

我们知道，当系统重启时，CPU是从0地址处运行，0x00到0x1c地址处存放的内容为：

地址

指令

异常名称

进入时处理器模式

0x0000,0000

b ResetHandler

复位异常

管理模式

0x0000,0004

b HandlerUndef

未定义指令异常

未定义模式

0x0000,0008

b HandlerSWI

软中断异常

管理模式

0x0000,000c

b HandlerPabort

指令预取异常

中止模式

0x0000,0010

b HandlerDabort

数据中止异常

中止模式

0x0000,0014

b .

保留

----

0x0000,0018

b HandlerIRQ

IRQ中断异常

中断模式

0x0000,001c

b HandlerFIQ

FIQ中断异常

快速中断模式

可以看到，0x00地址处存放的是ResetHandler，系统重启时，CPU从0地址处取指令，然后跳转到ResetHandler处执行，此处就开始了关闭看门狗，初始化时钟，初始化SDRAM，初始化堆栈，拷贝代码到SDRAM中。当然还有最重要的就是建立异常中断向量表。下面以IRQ中断为例简要叙述中断过程，结合的文件是前面提到的2440init.s。从网上看了些这方面的资料，觉得这个网址：庖丁解牛 ARM9 中断处理过程http://xinyingdachl.blog.163.com/blog/static/2327600452014229104931186/解释的比较周全，可以深入的看看。下面的理解也来源于这片文章。还有一篇文章不得不推荐，《Mini2440启动代码的编写(第三版)》，这个对启动代码的一些分析很到位。

当发生IRQ中断时，CPU将会从0x18地址处取指令，从上面的表中可知，0x18地址处存的是HandlerIRQ。HandlerIRQ只是一个标号，后有宏定义

HandlerIRQ HANDLER HandleIRQ。HandleIRQ可以认为它是一个函数指针，这个宏定义之后，程序就跳转到了HandleIRQ所指向的函数地址。而HandleIRQ本身所在的地址在哪呢？在_ISR_STARTADDRESS后面的偏移处。

_ISR_STARTADDRESS

实际地址

HandleReset # 4

_ISR_STARTADDRESS+0x00

HandleUndef # 4

_ISR_STARTADDRESS+0x04

HandleSWI # 4

_ISR_STARTADDRESS+0x08

HandlePabort # 4

_ISR_STARTADDRESS+0x0c

HandleDabort # 4

_ISR_STARTADDRESS+0x10

HandleReserved # 4

_ISR_STARTADDRESS+0x14

HandleIRQ # 4

_ISR_STARTADDRESS+0x18

HandleFIQ # 4

_ISR_STARTADDRESS+0x1c

(注：虽然这里面将HandleReset也写了进去，但是HandleReset并没有执行前面的宏定义，为什么呢？想一下，如果系统复位的时候去_ISR_STARTADDRESS+0x00地址处取复位函数，能正确执行么？肯定不行，因为这个时候，_ISR_STARTADDRESS+0x00地址所在的RAM区有可能还没有被初始化。)

即：HandleIRQ在_ISR_STARTADDRESS+0x18地址处。所以HandleIRQ里面存的是要跳转函数的地址。ARM9有好多中断都挂靠在IRQ这个中断号上，那如果IRQ中断发生了，程序怎么知道是哪个中断源呢？因此又加了一级判断，来判断是哪个中断源发生的。这个时候要将判断IRQ中断源的函数放在HandleIRQ地址上。从2440init.s可知，IsrIRQ中断函数被放到了HandleIRQ处。在IsrIRQ函数里实现判断是哪个中断源发生的中断。下表中的变量仍然是指向函数指针的地址。比如说是HandleEINT0产生了中断，那么在IsrIRQ函数中就会去调用HandleEINT0所指向的函数(这个中断函数需要后续添加进去)，从而实现中断调用。

;@0x33FF_FF20

实际地址

;@0x33FF_FF60

实际地址

HandleEINT0

_ISR_STARTADDRESS+0x20

HandleLCD

_ISR_STARTADDRESS+0x40

HandleEINT1

_ISR_STARTADDRESS+0x24

HandleDMA0

_ISR_STARTADDRESS+0x44

HandleEINT2

_ISR_STARTADDRESS+0x28

HandleDMA1

_ISR_STARTADDRESS+0x48

HandleEINT3

_ISR_STARTADDRESS+0x2c

HandleDMA2

_ISR_STARTADDRESS+0x4c

HandleEINT4_7

...................................................

HandleDMA3

...................................................

HandleEINT8_23

...................................................

HandleMMC

...................................................

HandleCAM

...................................................

HandleSPI0

...................................................

HandleBATFLT

...................................................

HandleUART1

...................................................

HandleTICK

...................................................

HandleNFCON

...................................................

HandleWDT

...................................................

HandleUSBD

...................................................

HandleTIMER0

...................................................

HandleUSBH

...................................................

HandleTIMER1

...................................................

HandleIIC

...................................................

HandleTIMER2

...................................................

HandleUART0

...................................................

HandleTIMER3

...................................................

HandleSPI1

...................................................

HandleTIMER4

...................................................

HandleRTC

...................................................

HandleUART2

...................................................

HandleADC

...................................................

从上面的简要分析可知，当中断发生时，除了第一级中断是由CPU自己跳转过去的，后面的全由程序设计者自己实现。但是像HandleReset，HandleUndef，HandleSWI，HandlePabort，HandleDabort，HandleFIQ这些中断用不到第二级跳转。

到这里还有一个疑问，就是下面这段宏被放到了哪个位置？

MACRO

$HandlerLabel HANDLER $HandleLabel

$HandlerLabel

sub sp,sp,#4 ;decrementsp(to store jump address)

stmfd sp!,{r0} ;PUSHthe work register to stack(lr does''t push because it return to originaladdress)

ldr r0,=$HandleLabel;load the address ofHandleXXX to r0

ldr r0,[r0] ;load the contents(service routine start address) of HandleXXX

str r0,[sp,#4] ;store the contents(ISR) of HandleXXX tostack

ldmfd sp!,{r0,pc} ;POP the work register and pc(jump to ISR)

MEND

通过调试可以发现，这些

HandlerFIQ HANDLER HandleFIQ

HandlerIRQ HANDLER HandleIRQ

HandlerUndef HANDLER HandleUndef

HandlerSWI HANDLER HandleSWI

HandlerDabort HANDLERHandleDabort

HandlerPabort HANDLERHandlePabort

被放到了0x00地址和ResetHandler之间的位置上。

根据上面可以绘出一个简单的中断对应关系图，如下：

应用程序

当一切就绪好后，就可以跳转到主(应用)程序的入口处了。在主程序中填充需要的中断函数，以及有一点很重要的就是初始化MMU和CACHE。关于CACHE也可以不用初始化，但初始化CACHE后速度会提升不少。MMU和CACHE是什么？这里也没有找到一个较好的网址参考，关于这方面的知识网络上非常的多，多看几篇就能明白个大概了。总的来说，MMU是位于CPU和主存SDRAM之间的一个器件，用来将CPU发出的地址或者叫虚拟地址转成主存SDRAM这边真正的物理地址。CACHE是当CPU要访问某一地址的数据或指令时优先去Cache里面找，如果找到了，直接取走，这叫命中；如果没有找到，这叫未命中。然后就将主存对应位置里的数据或指令拷贝到Cache里。Cache分为指令Cache和数据Cache，同样还有逻辑Cache和物理Cache。可参考这个网址看一下：http://www.elecfans.com/emb/197050_2.html

为什么要初始MMU？

如果从Nor Flash启动，系统上电时从Nor Flash第一条指令开始运行，之后将Nor Flash代码拷贝到SDRAM内运行。比如说当IRQ中断发生时，CPU跳转到0x0000,0018地址处读取数据。此时0x0000,0018地址对应的是Nor Flash，因此取数据的速度变慢，但也可以运行。由此可知，在Nor Flash启动模式下，不初始化MMU是可以运行的。

如果从Nand Flash启动，Nand Flash前4kB被CPU读取到SteppingStone内，然后开始运行，之后在SDRAM内运行。比如说当IRQ中断发生时，CPU跳转到0x0000,0018地址处读取数据。此时0x0000,0018地址对应(Nand Flash启动，Nand Flash前4kB映射到片内SRAM内)的是内部的SRAM，因此从SRAM中读取数据，然后继续运行。由此可知，在Nand Flash启动模式下，不初始化MMU是可以运行的。

由上可知，当发生中断时，一个是跳转到Nor Flash内取数据，一个是跳转到片内SRAM取数据，都可以正常的中断跳转。如果我们在仿真调试时，那么在中断函数内打断点是无法停住的，因为调试时代码是在片外SDRAM内的。而中断时跳转的地址要么是在Nor Flash里，要么是在片内SRAM里。虽然不开MMU可以正常运行，但却给调试带来了麻烦。因此如果使用MMU，将0x0000,0000地址附近的地址空间映射到程序代码的运行域地址，比如说将0x0000,0000映射到SDRAM地址0x3000,0000处，那当发生中断时跳转的地址就是片内SDRAM的地址，这样就可以在SDRAM内断点调试。

可以参考网址：S3C2440无MMU_Init不能进中断的原因http://hi.baidu.com/1066033011/item/7f3dea48ac06102410ee1e80

问题：初始化MMU后，无法进入中断，程序仍然跑飞。

一开始，一个串口程序，接收是中断方式，在仿真调试时可以正常触发串口接收中断，进入接收中断函数。后来将ucos程序加入，串口接收是中断方式，并没有运行到ucos相关的代码，串口接收中断无法进入。连2440init.s文件中IsrIRQ标签后的程序都无法运行到。前后对比代码没有发现异样的地方。最后在查看map文件时发现，ZI数据的base和limit相同，但我申请了好几个初始化为0的数组，base和limit不应该相等。最后发现在我的scatter文件中有

RW_RAM1 0x31000000 0x01000000 { ; RW data
.ANY (+RW +ZI)
}

ZI +0 { ; ZI data
.ANY (+ZI)
}

Scatter文件详解可参考http://www.cnblogs.com/Ilmen/p/3453248.html

应用程序运行时应处于哪种模式？

下面内容大部分摘自：《Mini2440启动代码的编写(第三版)》Page15。

ARM9中CPU运行程序所在的模式有：用户模式，快速中断模式，外部中断模式，管理模式，中止模式，未定义模式和系统模式。除用户模式之外的其它模式被称为特权模式，特权模式中除系统模式外的其它模式被称为异常模式。管理、中止、未定义、外部中断和快速中断这5种异常模式由相应的异常进入，用户程序不适合在这些模式下运行。这样留给我们选择的只有用户模式和系统模式，系统模式可以访问所有的系统资源并可以切换到其它模式，而用户模式却无法切换到其它模式，因此程序运行在系统模式下。

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