ARM启动代码分析

?

原文：http://www.cnblogs.com/xinjie/archive/2009/08/15/1546651.html

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?

1. 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

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。?

2. 初始化存储器系统

(1)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。

(2)存储器地址分布

一种典型的情况是启动ROM的地址重映射。

3. 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,#IRQMODE

MSR?? CPSR_cxfs,R1

LDR?? SP,=UndefStack

?

ORR?? R1,#FIQMODE

MSR?? CPSR_cxsf,=FIQStack

?

ORR?? R1,#SVCMODE

MSR?? CPSR_cxsf,=SVCStack

4. 初始化有特殊要求的端口，设备

5. 初始化应用程序执行环境

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：

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

程序实现了RW数据的拷贝和ZI区域的清零功能。其中引用到的4个符号是由链接器第一输出的。

|Image$$RO$$Limit|：表示RO区末地址后面的地址，即RW数据源的起始地址

|Image$$RW$$Base|：RW区在RAM里的执行区起始地址，也就是编译器选项RW_Base指定的地址

|Image$$ZI$$Base|：ZI区在RAM里面的起始地址

|Image$$ZI$$Limit|：ZI区在RAM里面的结束地址后面的一个地址

程序先把ROM里|Image$$RO$$Limt|开始的RW初始数据拷贝到RAM里面|Image$$RW$$Base|开始的地址，当RAM这边的目标地址到达|Image$$ZI$$Base|后就表示RW区的结束和ZI区的开始，接下去就对这片ZI区进行清零操作，直到遇到结束地址|Image$$ZI$$Limit|

6. 改变处理器模式

因为在初始化过程中，许多操作需要在特权模式下才能进行（比如对CPSR的修改），所以要特别注意不能过早的进入用户模式。

内核级的中断使能也可以考虑在这一步进行。如果系统中另外存在一个专门的中断控制器，这么做总是安全的。

7. 呼叫主应用程序

当所有的系统初始化工作完成之后，就需要把程序流程转入主应用程序。最简单的一种情况是：

IMPORT main

B????? main

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

?

?

?

源代码与分析注释如下：

;初始化C程序运行环境，然后进入C程序代码

? ?? ???IMPORT? ?? ?|Image$$RO$$Limit|? ?? ?? ???

? ?? ???IMPORT? ?? ?|Image$$RW$$Base|

? ?? ???IMPORT? ?? ?|Image$$ZI$$Base|

? ?? ???IMPORT? ?? ?|Image$$ZI$$Limit|

? ?? ???IMPORT? ?? ?Main? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ? ;声明C程序中的Main函数

? ?? ???

? ?? ???

? ?? ???AREA? ?? ???Start,CODE,READONLY

? ?? ???ENTRY

? ?? ???CODE32

RESET? ?LDR? ?? ?? ?SP,=0x40003F00

? ?? ??????? ?LDR? ?? ?? ?R0,=|Image$$RO$$Limit|? ?? ?;RO段结束地址加1 ，表示RO区末地址后面的地址，

??????????????????????????????????????????????????????????????????????????? ?;即RW数据源的起始地址,应该是RW的加载地址

? ?? ??????? ?LDR? ?? ?? ?R1,=|Image$$RW$$Base|? ?? ?;RW区在RAM里的执行区起始地址，也就是编译器选项?

????????????????????????????????????????????????????????????????????????????;RW_Base指定的地址，应该是RW运行地址

? ?? ????? ? LDR? ?? ?? ?R3,=|Image$$ZI$$Base|???????????;ZI区在RAM里面的起始地址

?? ? ?? ??? ?CMP? ?? ?? ?R0,R1

? ?? ?????? ?BEQ? ?? ?? ?LOOP1? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?????????? ??;R0与R1相等就跳转? ?? ?? ?? ?

LOOP0? ?CMP? ?? ?? ?R1,R3? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?????????? ?? ?;R1小于R3

? ?? ???????? LDRCC? ?? ? R2,[R0],#4? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ???

? ??????? ???STRCC? ?? ? R2,[R1],#4

? ?? ???????? BCC? ?? ?? ?LOOP0

； COPY ROM TORAM? ?? ?

? ?? ???

LOOP1? ?LDR? ?? ?? ?R1,=|Image$$ZI$$Limit|

? ?? ??????? ??MOV? ?? ?? ?R2,#0

LOOP2? ?CMP? ?? ?? ?R3,R1

? ?? ???????? ?STRCC? ?? ? R2,[R3],#4? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ? ;

? ?? ????????? BCC? ?? ?? ?LOOP2? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?;R3小于0，跳转到LOOP2

??； ZI清零? ?? ?

? ?? ???B? ?? ?? ???Main

? ?? ???END

;一个arm由RO,RW,ZI三个段组成 其中RO为代码段，RW是已经初始化的全局变量，ZI是未初始化的全局变量（对于GNU工具 对应的概念是TEXT,DATA,BSS）bootloader

;bootloader要将RW段复制到ram中并将ZI段清零 编译器使用下列段来记录各段的起始和结束地址

; |Image＄＄RO＄＄Base| ; RO段起始地址 2

; |Image＄＄RO＄＄Limit| ; RO段结束地址加1 ，表示RO区末地址后面的地址，即RW数据源的起始地址

; |Image＄＄RW＄＄Base| ; RW段起始地址

; |Image＄＄RW＄＄Limit| ; RW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

;IMPORT |Image＄＄RO＄＄Limit| ; End of ROM code (=start of ROM data)

;IMPORT |Image＄＄RW＄＄Base| ; Base of RAM to initialise

;IMPORT |Image＄＄ZI＄＄Base| ; Base and limit of area

;IMPORT |Image＄＄ZI＄＄Limit| ; to zero initialise

;IMPORT Main ; The main entry of mon program

;大总结!!!!!!!!!!!!!映像一开始总是存储在ROM／Flash里面的，其RO部分既可以在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。

;r0是RW区的load address

;r1是RW区的execution address

;当两者相等时就不用拷贝

;不相等时,程序先把ROM里|Image$$RO$$Limt|开始的RW初始数据拷贝到RAM里面|Image$$RW$$Base|开始的地址，当RAM这边的目标地址到达|Image$$ZI$$Base|后就表示RW区的结束和ZI区的开始，接下去就对这片ZI区进行清零操作，直到遇到结束地址|Image$$ZI$$Limit|

这个启动程序，是为下面C语言程序做准备的，其实这个程序很有意义，为以后自己写C程序建立了环境

#define? ???uint8? ?? ? unsigned char

#define? ???uint32? ?? ?unsigned int

#define? ???N? ?? ?? ???100

uint32? ?? ?sum;

//计算1加到N N是大于0的数

void Main(void)

{

uint32 i;

sum=0;

??for(i=0;i<N;i++)

??{

? ?sum+=i;

??}

while(1);

}