ARM 启动及工作模式切换.doc

ARM 启动及工作模式切换
一、原理
    如何让嵌入式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。
二、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。
●建立二级中断向量表
在ARM 系统中,中断向量表位于0x000000000 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。
● 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