简述ARM的启动过程

基于ARM的芯片多数为复杂的片上系统,这种复杂系统里的多数硬件模块都是可配置的,需要由软件来设置其需要的工作状态。因此在用户的应用程序之前,需要由专门的一段代码来完成对系统的初始化。由于这类代码直接面对处理器内核和硬件控制器进行编程,一般都是用汇编语言。一般通用的内容包括： 

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断口,设备 

初始化用户程序执行环境 

改变处理器模式 

呼叫主应用程序 

中断向量表 

ARM要求中断向量表必须放置在从0地址开始,连续8X4字节的空间内。 

每当一个中断发生以后,ARM处理器便强制把PC指针置为向量表中对应中断类型的地址值。因为每个中断只占据向量表中1个字的存储空间,只能放置一条ARM指令,使程序跳转到存储器的其他地方,再执行中断处理。 

中断向量表的程序实现通常如下表示： 

 AREA Boot ,CODE, READONLY 

 ENTRY 

 B　　ResetHandler 

 B　　UndefHandler 

 B　　SWIHandler 

 B　　PreAbortHandler 

 B　　DataAbortHandler 

 B　　IRQHandler 

 B　　FIQHandler 

其中关键字ENTRY是指定编译器保留这段代码,因为编译器可能会认为这是一段亢余代码而加以优化。链接的时候要确保这段代码被链接在0地址处,并且作为整个程序的入口。 

初始化存储器系统 

存储器类型和时序配置 

通常Flash和SRAM同属于静态存储器类型,可以合用同一个存储器端口;而DRAM因为有动态刷新和地址线复用等特性,通常配有专用的存储器端口。 

存储器端口的接口时序优化是非常重要的,这会影响到整个系统的性能。因为一般系统运行的速度瓶颈都存在于存储器访问,所以存储器访问时序应尽可能的快;而同时又要考虑到由此带来的稳定性问题。 

存储器地址分布 

一种典型的情况是启动ROM的地址重映射。 

初始化堆栈 

因为ARM有7种执行状态,每一种状态的堆栈指针寄存器（SP）都是独立的。因此,对程序中需要用到的每一种模式都要给SP定义一个堆栈地址。方法是改变状态寄存器内的状态位,使处理器切换到不同的状态,让后给SP赋值。注意：不要切换到User模式进行User模式的堆栈设置,因为进入User模式后就不能再操作CPSR回到别的模式了,可能会对接下去的程序执行造成影响。 

这是一段堆栈初始化的代码示例,其中只定义了三种模式的SP指针： 

 MRS　 R0,CPSR 

 BIC　　R0,R0,#MODEMASK　安全起见,屏蔽模式位以外的其他位 

 ORR　 R1,R0,#IRQMODE 

 MSR　 CPSR_cxfs,R1 

 LDR　 SP,=UndefStack 

 ORR　 R1,R0,#FIQMODE 

 MSR　 CPSR_cxsf,R1 

 LDR　 SP,=FIQStack 

 ORR　 R1,R0,#SVCMODE 

 MSR　 CPSR_cxsf,R1 

 LDR　 SP,=SVCStack  

初始化有特殊要求的端口,设备 

初始化应用程序执行环境 。一个ARM映像文件由RO，RW和ZI三个段组成，其中RO为代码段，RW是已初始化的全局变量，ZI是未初始化的全局变量。 映像一开始总是存储在ROM／Flash里面的,其RO部分即可以在ROM／Flash里面执行,也可以转移到速度更快的RAM中执行;而RW和ZI这两部分是必须转移到可写的RAM里去。所谓应用程序执行环境的初始化,就是完成必要的从ROM到RAM的数据传输和内容清零。 

下面是在ADS下,一种常用存储器模型的直接实现： 

编译器使用下列符号来记录各段的起始和结束地址： 

|Image$$RO$$Base| ：RO段起始地址 

|Image$$RO$$Limit| ：RO段结束地址加1 

|Image$$RW$$Base| ：RW段起始地址 

|Image$$RW$$Limit| ：ZI段结束地址加1 

|Image$$ZI$$Base| ：ZI段起始地址 

|Image$$ZI$$Limit| ：ZI段结束地址加1 

这些标号的值是根据链接器中设置的中ro-base和rw-base的设置来计算的。 

初始化用户执行环境主要是把RO、RW、ZI三段拷贝到指定的位置。 

 LDR　　r0,=|Image$$RO$$Limit| 得到RW数据源的起始地址 

 LDR　　r1,=|Image$$RW$$Base| RW区在RAM里的执行区起始地址 

 LDR　　r2,=|Image$$ZI$$Base|　ZI区在RAM里面的起始地址 

 CMP　　r0,r1　　　　　　　　 比较它们是否相等 

 　　　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 

直接从启动代码跳转到应用程序的主函数入口,当然主函数名字可以由用户随便定义。 

在ARM ADS环境中,还另外提供了一套系统级的呼叫机制。 

 IMPORT __main 

 B　　 __main 

 __main()是编译系统提供的一个函数,负责完成库函数的初始化和初始化应用程序执行环境,最后自动跳转到main()函数。