阿南ARM訓(xùn)練班課堂總結(jié)(3)2009年03月19日 10:31第三課主要是分析啟動代碼和中斷處理過程
之前有分析過44b0下的這個啟動代碼，差別不是非常大，今天再重新看了一遍。啟動代碼與Bootloader不同，主要是指進(jìn)入C語言之前的匯編代碼，網(wǎng)上都稱為是bootloader的stage1，一般通用的內(nèi)容包括：
1. 定義程序入口點
2. 設(shè)置異常向量表
3. 初始化存儲系統(tǒng)
4. 初始化用戶程序的執(zhí)行環(huán)境
5. 初始化堆棧指針寄存器，改變處理器的模式
6. 設(shè)置FIQ/IRQ中斷處理程序入口
7. 進(jìn)入C程序
1）編譯器選擇
GBLL THUMBCODE
[ {CONFIG} = 16
THUMBCODE SETL {TRUE}
CODE32
|
THUMBCODE SETL {FALSE}
]
因為處理器分為16位 32位兩種工作狀態(tài)，程序的編譯器也是分16位和32兩種編譯方式，所以這段程序用于根據(jù)處理器工作狀態(tài)確定編譯器編譯方式，程序不難理解，主要解釋一下符號“[ | ]”的意思，上面的程序是指：
if({CONFIG} = 16 )
{ THUMBCODE SETL {TRUE}
CODE32 }
else
THUMBCODE SETL {FALSE}
還是沒有不明白CONFIG怎么區(qū)分是16位還是32位？哪里決定它的取值？應(yīng)該是編譯器指定的這個值。
2）宏定義
MACRO
$HandlerLabel HANDLER $HandleLabel
$HandlerLabel
sub sp,sp,#4
stmfd sp!,{r0}
ldr r0,=$HandleLabel
ldr r0,[r0]
str r0,[sp,#4]
ldmfd sp!,{r0,pc}
MEND
$HandlerLabel是宏的地址標(biāo)號，HANDLER是宏名，$HandleLabel是宏的參數(shù)，$標(biāo)號在宏指令展開時，標(biāo)號會替換為用戶定義的符號。在此后，所有遇到$HandlerLabel HANDLER $HandleLabel這種形式的表達(dá)式都會被展開成$HandlerLabel到MEND之間的函數(shù)。
例如：ADC_IRQ HANDLER HandleADC即代表如下函數(shù)，語句ldr pc,=ADC_IRQ的作用也就是跳轉(zhuǎn)到這個函數(shù)：
ADC_IRQ
sub sp,sp,#4
stmfd sp!,{r0}
ldr r0,=HandleADC
ldr r0,[r0]
str r0,[sp,#4]
ldmfd sp!,{r0,pc}
這段程序用于把ADC中斷服務(wù)程序的首地址裝載到pc中，跳轉(zhuǎn)到中斷處理函數(shù)，稱之為“加載程序”。HandleADC是一個地址標(biāo)號，它的內(nèi)容就是ADC中斷服務(wù)程序的地址標(biāo)號，即文件最后的那個表HandleADC # 4所示，將HandleADC # 4中的4換成中斷服務(wù)程序的地址標(biāo)號即是，程序在這里定義了一個數(shù)據(jù)區(qū)，存放各種中斷服務(wù)程序的首地址。每個字空間都有一個標(biāo)號，以Handle***命名。
3）寄存器及堆棧設(shè)置
按照上面的順序，可以比較容易讀懂啟動代碼的作用，主要就是通過設(shè)置特殊功能寄存器來達(dá)到對系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定。依次禁止看門狗，中斷，設(shè)定時鐘控制寄存器，存儲器控制寄存器等等。
由于各個工作模式下的堆棧指針是相互獨立的，所以要分別進(jìn)入各個模式下設(shè)置其堆棧指針，基本上都差不多，比如未定義指令模式下的設(shè)置：
mrs r0,cpsr
bic r0,r0,#MODEMASK
orr r1,r0,#UNDEFMODE|NOINT
msr cpsr_cxsf,r1
ldr sp,=UndefStack
UnderStack是在程序后面用UnderStack # 256建立的一個堆?？臻g的首地址，這部分空間建立在RAM中，256字節(jié)空間的堆棧大小。
4）初始化用戶程序的執(zhí)行環(huán)境
之前在44B0里的啟動代碼里還有包括把ROM里的程序拷貝到RAM中并跳轉(zhuǎn)到RAM運行程序，也就是把加載狀態(tài)下的程序按照編譯連接時的設(shè)置重新排布成運行時的程序狀態(tài)，以達(dá)到符號能夠正確連接的目的，這里是涉及到了所謂的映像文件，但是2410這里沒有這一段，即程序的加載態(tài)就是它的運行態(tài)，所以要求燒寫程序時必須要把它燒寫在設(shè)置的RO地址上，否則程序?qū)⒉荒苷_執(zhí)行。下面這段程序?qū)崿F(xiàn)RW數(shù)據(jù)初始化，只是把數(shù)據(jù)段復(fù)制到高地址，如果沒有設(shè)置RW的話這段代碼也不會執(zhí)行。
;Copy and paste RW data/zero initialized data
ldr r0, =|Image$$RO$$Limit| ; Get pointer to ROM data
ldr r1, =|Image$$RW$$Base| ; and RAM copy
ldr r3, =|Image$$ZI$$Base|
;Zero init base => top of initialised data
cmp r0, r1 ; Check that they are different
beq %F2
1
cmp r1, r3
ldrcc r2, [r0], #4
strcc r2, [r1], #4
bcc %B1
2
ldr r1, =|Image$$ZI$$Limit|
mov r2, #0
3
cmp r3, r1 ; Zero init
strcc r2, [r3], #4
bcc %B3
b %F1(B1)的意思是在臨近的地址標(biāo)號跳轉(zhuǎn)，F(xiàn)是向后尋找，B是向前尋找。
5）說說映象文件
用ADS編譯產(chǎn)生的映像文件有.axf、.bin、.hex等等格式，就拿要直接燒進(jìn)Flash里的.bin文件來說，在其他書上看到有這么句話“映像文件一般由域組成，域由最多三個輸出段（RO，RW，ZI）組成，輸出段又由輸入段組成?！?BR>對于這段話，前兩句是比較好理解的，域就是整個映像文件，對于大部分程序來說就只有一個域，也就是燒進(jìn)Flash里的那部分東東，稱作加載域；輸出段就是用AREA定義的RO，Rw，一般就這兩個，拿前面的bootloader來說，整體框架是這樣的：
AREA Init,CODE,READONLY ；<--RO段
ENTRY
Entry ；<--CODE部分
… …
SMRDATA DATA ；<--DATA部分
… …
AREA RamData, DATA, READWRITE ；<--RW段
… …
然而對于輸出段又由輸入段組成卻著實糊涂了好一陣，輸入段是指源程序的代碼（CODE）部分和數(shù)據(jù)（DATA）部分。上面這個框架中，在RO輸出段的Entry下開始一系列的匯編指令操作，這個應(yīng)該是CODE輸入段，而SMRDATA DATA引領(lǐng)DCD用于開辟一片數(shù)據(jù)存儲空間，這部分應(yīng)該是DATA輸入段，它與RW里的數(shù)據(jù)不同之處在于這部分?jǐn)?shù)據(jù)不能被修改。
在ADS編譯前在ARM-Linker里的Ro_Base和Rw_Base兩個地址值，就是指兩個輸出段的起始地址，即程序是按照你設(shè)置的這種方式排布在內(nèi)存中的，各個地址標(biāo)號根據(jù)這兩個值確定。然而，用Ultraedit打開bin文件卻發(fā)現(xiàn)其實Rw是跟在Ro后面的，也就是說，這兩個段并沒有按照你設(shè)置的地址起始，由此引出映像文件的加載域和運行時域兩個概念。
加載域就是用Ultraedit打開看到的程序最原始的狀態(tài)，而運行時域則是程序在執(zhí)行時按照你設(shè)定的方式排布的狀態(tài)，顯然，上面設(shè)置的兩個地址是針對運行時域來設(shè)置的，程序要滿足上面的設(shè)置才能正確連接。也就是程序開始階段（加載域狀態(tài)）是不能正確連接的，不過開始時不需要用到Rw里的數(shù)據(jù)，程序是可以運行的，因此必須在需要用到Rw數(shù)據(jù)之前把它拷貝到上面設(shè)置的位置上，這就是bootloader里初始化用戶程序的執(zhí)行環(huán)境部分的作用，把數(shù)據(jù)移動到正確的位置！
拷貝完Rw里的數(shù)據(jù)之后，所有的符號都可以正確連接，這時跳轉(zhuǎn)到main函數(shù)里去執(zhí)行程序就可以了。2410的這段啟動代碼沒有進(jìn)行Ro的拷貝，所以如果你把程序燒在0x0地址，那么Ro就必須設(shè)置成0x0，如果你設(shè)置成0x30000000，那么Ro就必須設(shè)置成0x30000000，如果Rw不設(shè)置，它將默認(rèn)跟在Ro后面，否則就執(zhí)行上面的搬遷代碼，挪到正確的位置上。由于本系統(tǒng)是采用NandFlash啟動的，最初的啟動代碼必須要在0x0處的SRAM里執(zhí)行，所以，如果要把這段啟動代碼當(dāng)作NandFlash的啟動代碼的話，Ro就必須設(shè)成0x0。
6).中斷處理過程
要使用中斷，首先需要清掉程序狀態(tài)寄存器CPSR里的IRQ位，這個很容易被忽略了。再之后才是考慮與中斷有關(guān)的相應(yīng)寄存器.
這個幾個寄存器比較容易弄混了：
SRCPND/SUBSRCPND：只要中斷產(chǎn)生的條件滿足，例如外部電平，定時溢出等等，SRCPND/SUBSRCPND的相應(yīng)位就會被置位，它不管其他地方的設(shè)置如何，所以某一時刻可能有幾個位同時被置位了（幾個中斷同時產(chǎn)生）。
INTMSK/INTSUBMSK：這個是中斷屏蔽位，清零表示允許中斷請求，默認(rèn)是禁止了所有的中斷請求。
INTPND：它表示處理器接下來就要去處理的那個中斷，某一時刻只可能有一個位被置位。這個寄存器置位的必要條件是SRCPND/SUBSRCPND已經(jīng)是1，而且INTMSK/INTSUBMSK相應(yīng)位已經(jīng)清零。
SRCPND/SUBSRCPND和INTPND都不會自動清零，要程序向相應(yīng)的位寫1才能清零，這個有點奇怪。
2410不支持中斷嵌套，中斷產(chǎn)生后處理器進(jìn)入到IRQ模式，只有在等到這個中斷處理完之后才能響應(yīng)下一次中斷。
如果同時產(chǎn)生多個中斷，就涉及到了中斷優(yōu)先級的問題。SRCPND寄存器對應(yīng)的32個中斷源總共被分為6個組，每個組由一個ARBITER(0~5)對其進(jìn)行管理。中斷必須先由所屬組的ARBITER(0~5)進(jìn)行第一次優(yōu)先級判斷然后再到ARBITER6進(jìn)行第二次判斷?？梢愿牡闹皇墙M里的優(yōu)先級順序。
PRIORITY的各個位被分為兩種類型，一種是ARB_MODE,另一種為ARB_SEL，拿ARBITER0來說，這個組一共包含了四種中斷源：EINT0~EINT3，分別對應(yīng)Req0~Req3，很明顯ARB_SEL0就是決定了這四種中斷的優(yōu)先順序，如果這個組里的兩個中斷同時產(chǎn)生，將會把排在前面的先傳遞給ARBITER06進(jìn)行第二次判斷。ARB_MODE0置1代表開啟優(yōu)先級次序旋轉(zhuǎn)，當(dāng)該位置為1之后，ARB_SEL0的值會在每處理完一次中斷后順次改變。
中斷處理流程
啟動代碼開始是一個異常向量表，這個向量表是固定的，由處理器決定，必須要放在0x0地址那個地方，這個跟51單片機(jī)的中斷向量表相類似。
b ResetHandler
b HandlerUndef ;handler for Undefined mode
b HandlerSWI ;handler for SWI interrupt
b HandlerPabort ;handler for PAbort
b HandlerDabort ;handler for DAbort
b . ;reserved
b HandlerIRQ ;handler for IRQ interrupt
b HandlerFIQ ;handler for FIQ interrupt
當(dāng)產(chǎn)生IRQ中斷時，PC首先無條件地來到0x18這個地址處，這個0x18就是處理器決定的IRQ中斷的入口地址，所以要在這個地址處放一條跳轉(zhuǎn)指令b HandlerIRQ，PC接著跳轉(zhuǎn)到HandlerIRQ地址標(biāo)號處，這里存放著一個宏語句：
HandlerIRQ HANDLER HandleIRQ
按照上面說的宏展開，其實是執(zhí)行這么一段語句：
sub sp,sp,#4 ；留下堆棧的第一個位置
stmfd sp!,{r0} ；保護(hù)R0因為后面要用R0傳遞值
ldr r0,=HandleIRQ ；將HandleIRQ這個地址標(biāo)號的值傳如R0
ldr r0,[r0] ；取存放在HandleIRQ里的那個值
str r0,[sp,#4] ；把取到的值壓入棧
ldmfd sp!,{r0,pc} ；恢復(fù)R0并把PC指向HandleIRQ里存放的地址值
HandleIRQ里存放是什么值呢？代碼最后有個這樣的表，這個表就是在SDRAM里的另外一張異常向量表，這張表可以根據(jù)需要修改_ISR_STARTADDRESS的值來隨意更改它的位置。
^ _ISR_STARTADDRESS
HandleReset # 4
HandleUndef # 4
HandleSWI # 4
HandlePabort # 4
HandleDabort # 4
HandleReserved # 4
HandleIRQ # 4
HandleFIQ # 4
這里實現(xiàn)結(jié)構(gòu)化一片地址空間的目的，可見在HandleIRQ這里預(yù)留了4個字節(jié)的空間，但是這個空間里現(xiàn)在放的是什么東西呢？
在代碼的初始化過程中有這么一段代碼：
ldr r0,=HandleIRQ ; Setup IRQ handler
ldr r1,=IsrIRQ
str r1,[r0]
原來是把IsrIRQ所在的地址值放到這個地方，那就是宏實現(xiàn)了把PC指向IsrIRQ的目的。程序來到IsrIRQ：
IsrIRQ
sub sp,sp,#4 ;預(yù)留堆棧
stmfd sp!,{r8-r9} ；保護(hù)R8，R9
ldr r9,=INTOFFSET ；找出產(chǎn)生哪種中斷
ldr r9,[r9]
ldr r8,=HandleEINT0
add r8,r8,r9,lsl #2
ldr r8,[r8]
str r8,[sp,#8]
ldmfd sp!,{r8-r9,pc} ；將PC指向相應(yīng)的中斷處理地址
假如產(chǎn)生了EINT0中斷來到了這里，那么PC將會跳轉(zhuǎn)到HandleEINT0里存放的地址值，與上面的相同，程序里有這個表：
HandleEINT0 # 4
HandleEINT1 # 4
HandleEINT2 # 4
HandleEINT3 # 4
HandleEINT4_7 # 4
.
.
.
這個表在2410addr.h頭文件里也有對應(yīng)的定義，指向的是同樣的一塊地方：
.
.
.
#define pISR_EINT0 (*(unsigned *)(_ISR_STARTADDRESS+0x20))
#define pISR_EINT1 (*(unsigned *)(_ISR_STARTADDRESS+0x24))
#define pISR_EINT2 (*(unsigned *)(_ISR_STARTADDRESS+0x28))
.
.
.
問題是HandleEINT0存放的又是什么值呢？這就需要在初始化EINT0的時候?qū)懮线@么一句：
pISR_EINT0 = (unsigned )_IsrEINT0Service;
也就是把EINT0的中斷處理函數(shù)的地址寫到HandleEINT0地址處存放，那么到此PC就可以跳轉(zhuǎn)到_IsrEINT0Service里去了，這里完成你所需要的中斷處理過程。 |
