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S3C2410快速启动的实现

摘自: 下载pdf版
高速程序代码下载速度200KBytes/S以上内置对于GDB Remote Serial Protocol协议支持FoxICE仿真器完美支持GDB 的 File IO扩展协议免费赠送Eclipse for ARM V 3.2.1集成开发环境支持Nand Flash( S3C2410/2440/2442可任选一种 )的烧写,支持超低电压的处理器调试, 目标范围为:0.65 ~ 5.5V
详细信息 >>

摘 要:介绍 S3C2410 处理器的快速启动技术,重点对系统硬件的初始化,二级中断向量表的复制,代码段的复制以及 MMU 管理进行了探讨,并且对具体的实现代码进行了分析,实现了系统从 RAM 中的高速启动运行。

关键词: S3C2410 ;快速启动; MMU

嵌入式系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等均有严格要求,以 ARM 体系结构为基础的各种 RISC 微处理器具有灵活的特性和强大的性能,在嵌入式系统中得到了广泛的应用。
S3C2410 是三星公司基于 ARM920T 设计的一款处理器,在开发基于 S3C2410 的系统的过程中,如何让系统快速稳定地启动是一个重要问题。嵌入式系统的资源有限,程序通常都是固化在 ROM 中运行。但在实际应用中,为提高系统的实时性,加快代码的执行速度,系统启动后程序往往要被搬移到 RAM 中,因为 RAM 的存取速度要比 ROM 快得多,这样大大提升系统的性能。启动程序要完成的任务包括:硬件初始化,系统存储系统的配置,复制二级中断向量表。

启动程序过程

  • 系统硬件初始化
    系统上电或复位后,程序从位于地址 0x0 的 Reset Exception Vector 处开始执行,因此需要在这里放置 Bootloader 的第一条指令: b ResetHandler ,跳转到标号为 ResetHandler 处进行第一阶段的硬件初始化,主要内容为:关看门狗定时器,关中断,初始化 PLL 和时钟,初始化存储器系统。执行完以上程序后,系统进行堆栈和存储器的初始化。系统堆栈初始化取决于用户使用了哪些中断,以及系统需要处理哪些错误类型。一般情况下,管理者堆栈必须设置,如果使用了 IRQ 中断,则 IRQ 堆栈也必须设置。如果系统使用了外设,则需要设置相关的寄存器,以确定其刷新频率、总线宽度等信息。
  • 代码段复制到 RAM 中运行
    因为嵌入式系统的代码通常都是固化在 ROM 或者 Flash 中,上电后开始运行。由于 ROM 和 Flash 的读取速度相对较慢,这样无疑会降低代码的执行速度和系统的运行效率。为此,需要把系统的代码复制到 RAM 中运行。使用 SDT 链接器 ARMLink 产生的定位信息,把 RO 的有效代码和数据段到 RAM 中。 ARMLink 将编译后的程序链接成 ELF 文件。映像文件内部共有三种输出段: RO 段、 RW 段和 ZI 段。这三种输出段分别包含了只读代码及包含在代码段中的少量数据、可读写的数据、初始化为 0 的数据, ARMLink 同时还产生了这三种输出段的起始和终止定位信息: Image$$RO$$Base 、 Image$$RO$$Limit 、 Image$$RW$$Base 、 Image$$Limit 、 Image$$Linit 和 Image$$ZI$$Limit 。可以在程序中使用这些定位信息。将 ROM 中的代码和数据搬移到 RAM 中,具体程序如下。
    LDR r0, =|Image$$RO$$Base| /*RO 段起始地址 */
    LDR r1, =|Image$$RO$$Limit| /*RO 段结束地址 */
    LDR r2, =|Image$$RW$$Base|
    LDR r3, =|Image$$RW$$Limit|
    /* 分别求出需要映像的代码和数据的长度并累加,放到寄存器 R1 中 */
    SUB r1, r1, r0
    SUB r3, r3, r2
    ADD r1, r1, r3
    /* 将需要映象的代码和数据复制到 RAM 中去 */
    0 /* 标示符 */
    LDR r3, [r0], #4
    STR r3, [r2], #4
    SUBS r1, r1, #4
    BNE %B0 /* 如果没有复制完,跳转到 0 标示符处的汇编语句,继续复制,参见 ARM 指令帮助手册 */
  • 建立二级中断向量表
    在 ARM 系统中,中断向量表位于 0X0 开始的地址处,意味着无论运行什么样的上层软件,一旦发生中断,程序就得到 Flash 存储器中的中断向量表里去,降低系统的运行效率。因此在 RAM 中建立自己的二级中断向量表,当中断发生后,程序直接从 RAM 中取中断向量进入中断子程序。尤其是在中断频繁发生的系统里,这种方法可以大大提高系统的运行效率,具体的实现代码如下。
    b ResetHandler
    b HandlerUndef /* 未定义模式句柄 */
    b HandlerSWI /*SWI 中断句柄 */
    b HandlerPabort /*PAbort 中断句柄 */
    b HandlerDabort /*Dabort 中断句柄 */
    b. /* 保留 */
    b HandlerIRQ /*IRQ 中断句柄 */
    b HandlerFIQ /*FIQ 中断句柄 */
    HandlerFIQ HANDLER HandleFIQ
    HandlerIRQ HANDLER HandleIRQ
    HandlerUndef HANDLER HandleUndef
    HandlerSWI HANDLER HandleSWI
    HandlerDabort HANDLER HandleDabort
    HandlerPabort HANDLER HandlePabort
    其中 HANDLER 是一个宏,用于查找中断处理程序的入口地址。这些地址存放在由 HandleXXX 指向的表项中,该表定位在 RAM 高端,基地址为 _ISR_STARTADDRESS 。
    ^ _ISR_STARTADDRESS
    HandleReset # 4
    HandleUndef # 4
    HandleSWI # 4
    HandlePabort # 4
    HandleDabort # 4
    HandleReserved # 4
    HandleIRQ # 4
    HandleFIQ # 4
  • MMU 的应用
    MMU 是存储器管理单元的缩写,是用来管理虚拟内存系统的器件。 MMU 通常是 CPU 的一部分,本身有少量存储空间存放从虚拟地址到物理地址的匹配表,此表称作 TLB( 转换旁置缓冲区 ) 。所有数据请求都送往 MMU ,由 MMU 决定数据是在 RAM 内还是在大容量外部存储器设备内。如果数据不在存储空间内, MMU 将产生页面错误中断。 MMU 存储器系统的结构允许对存储器系统的精细控制,大部分的控制细节由存在存储器中的转换表提供。这些表的入口定义了从 1KB ~ 1MB 的各种存储器区域的属性。 MMU 完成的两个主要功能是:将虚地址转换成物理地址,控制存储器存取允许。 MMU 关掉时,虚地址直接输出到物理地址总线。
    经过以上的分析可以发现,系统启动程序主要是完成了硬件的初始化,以及克服 Flash 或 ROM 读取速度慢的弱点,提高指令和数据的读取速度,实现系统的高速运行,并且通过 MMU 的应用,减少RAM 的使用,降低系统成本。

参考文献
1 S3C2410 数据手册
2 ARM920T 数据手册
3 王京林.ARM7在嵌入式应用中启动程序的实现

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