基于ARM體系的嵌入式系統BSP的程序設計
另外,對于各未用中斷,可使其指向一個只含返回指令的啞函數,以防止錯誤中斷引起系統的混亂。
1.3 初始化存儲系統
初始化存儲系統的編程對象是系統的存儲器控制器,一個系統可能存在多種存儲器類型的接口,不同的存儲系統的設計不盡相同。Flash和SRAM同屬于靜態存儲器類型,可以合用一個存儲器端口;而DRAM因為有動態刷新和地址線復用等特性,通常配有專用的存儲器端口。其中,SDRAM必須在初始化階段進行設置,因為大部分的程序代碼和數據都要在SDRAM中運行。
在HMS30C7202中,與SDRAM配置有關的寄存器有4個:配置寄存器、刷新定時寄存器、寫緩沖寫回寄存器和等待驅動寄存器,需要根據實際的系統設計對此分別加以正確配置。
SDRAM的初始化過程如下:加電→延遲10ms(各具體SDRAM器件延時時間可能不同)→設置配置寄存器參數→延時→寫刷新定時寄存器,設置刷新周期→延時→使能自動刷新→延時→設置模式寄存器(位于SDRAM內部)。
1.4 存儲器地址分布重映射(remap)和MMU
系統一上電,程序將自動從0地址處開始執行。因此,必須保證在0地址處存在正確的代碼,即要求0地址開始入是非易失性的ROM或Flash等。但是因為ROM或Flash的訪問速度相對較慢,每次中斷響應發生后,都要從讀取ROM或Flash上面的向量表開始,影響了中斷響應速度。一般程序執行后將SDRAM映射為地址0,并把系統程序加載到SDRAM中運行,其具體步驟可以采用以下的方案:
(1)上電后,從0地址的ROM開始往下執行;
(2)根據映射前的地址,對SDRAM進行必要的代碼和數據拷貝;
(3)拷貝完成后,進行重映射操作;
(4)因為RAM在重映射前準備好了內容,使得PC指針能繼續在RAM里取得正確的指令。
在這種地址映射的變化過程中,程序員需要仔細考慮的是:程序的執行流程不能被這種變化所打斷,注意保證程序流程在重映射前后的承接關系。
存儲器的地址分配是很靈活的,可以將I/O操作映射成內存操作,也可以通過映射對某些不可訪問的地址空間進行保護等。進行存儲器初始化設計時,一定要根據應用程序的具體要求來完成地址分配。對地址管理通過MMU即存儲器管理單元實現。
在ARM系統中,MMU通過頁式虛擬存儲管理,將虛擬空間和物理空間分別分成一個個固定大小的頁,并建立兩者之間的映射關系,從而實現虛擬地址到物理地址的轉換。MMU還可完成存儲器訪問權限的控制和虛擬存儲器空間緩沖特性的設置。
以下是實現MMU的部分代碼:
for=(i=1;i0x1000;i++){
pagetable[i]=(i20)|MMU_SECDESC;
} //建立頁表,每頁大小為1MB,頁表偏移序號是物理地址的高12位;
for(addr=SDRAM_BASE;addr(SDRAM_BASE+SDRAM_SIZE/2);addr+=SIZE_1M)
pagetable[addr>>20]=addr|MMU_SECDESE|
MMU_CACHEABLE|MMU_BUFFERABLE;
//將SDRAM_BASE至(SDRAM_BASE+SDRAM_SIZE/2)空間的設置為不可CACHE和不可BUFFER的
for(addr=SDRAM_BASE+SDRAM_SIZE/2;addr(SDRAM_BASE+SDRAM_SIZE);addr+=SIZE_1M)
pagetable[addr>>20]=(addr+0x1000000)|
MMU_SECDESC|MMU_CACHEABLE|MMU_BUFFERABLE;
//將這段空間的地址映射關系設置為VA(虛擬地址)=PA(物理地址)+0x1000000
pagetable[0]=(0x42f00000)|MMU_SECDESC|MMU_CACHEABLE|MMU_BUFFERABLE;
//將SDRAM的虛擬地址0x42f00000映射到0處
1.5 初始化各模式下的堆棧指針
因為ARM處理器有7種執行狀態,每一種狀態的堆棧指針寄存器(SP)都是獨立的(System和User三項式使用相同SP寄存器)。因此,對程序中需要用到的每一種模式都要給SP寄存器定義一個堆棧地址。方法是改變狀態寄存器(CPSR)內的狀態位,使處理器切換到不同的狀態,然后給SP賦值。這里列出的代碼定義了三種模式的SP指針,其中,I_Bit表示IRQ的中斷禁止位;F_Bit表示FIQ的中斷禁止位:
@;Set up SVC stack to be 4K on top of zero-init data
LDR r1,=installStack
ADDsp,r1,#2048
@;Set up IRQ and FIQ stacks
MOV r0,#(Mode_IRQ32|I_Bit)
MSRcpsr,r0
MOV r0,r0
ADDsp,r1,#2048*2
MOV r0,#(Mode_FIQ32|I_Bit |F_Bit)
MSR cpsr,r0
MOV r0,r0
ADDsp,r1,#2048*3
一般堆棧的大小要根據需要而定,但是要盡可能給堆棧分配快速和高帶寬的存儲器。堆棧性能的提高對系統性能的影響是非常明顯的。
1.6 初始化有特殊要求的端口、設備
有些關鍵的I/O部件必須在使能IRQ和FIQ之前進行初始化。因為如果在使能IRQ和FIQ之前沒有進行初始化,可以產生假的異常中斷信號。程序中初始化了HMS30C7202的串口1用來調試程序與其它設備通信。串口1是一個通用全雙工異步接收/發送器(UART),它支持16C550的大部分功能。UART有接收緩沖/發送保持寄存器、波特率除數鎖存器、中斷允許寄存器等9個寄存器。對串口1的初始化主要是對各寄存器的設置,其實現代碼如下所示:
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