AT91系列微处理器启动过程的分析与实现

文章摘要：摘??? 要：本文讨论了ARM启动的基本过程，详细分析了其中的Remap过程和从加载时域到运行时域的转换这两个技术难点，给出了AT91系列微处理器启动过程的具体实现方法。关键词：AT91；Remap；加载时域；运行时域；启动引言在ARM程序设计中，启动代码的编写是一个及其重要的过程，由于ARM处理器的启动过程相对51单片机复杂，不仅要设置中断、初始化堆栈，还涉及到存储器的地址重映射以及重映射后中断地址的搬移、初始化主程序用到的存储区等问题，导致许多人对ARM处理器的初始化以及启动代码的编写感到较为困难。本文详细分析了At91系列微处理器的启动过程。系统存储介质和地址映射开发板的Flash存储器

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　　摘??? 要：本文讨论了ARM启动的基本过程，详细分析了其中的Remap过程和从加载时域到运行时域的转换这两个技术难点，给出了AT91系列微处理器启动过程的具体实现方法。
　　关键词：AT91；Remap；加载时域；运行时域；启动

引言
　　在ARM程序设计中，启动代码的编写是一个及其重要的过程，由于ARM处理器的启动过程相对51单片机复杂，不仅要设置中断、初始化堆栈，还涉及到存储器的地址重映射以及重映射后中断地址的搬移、初始化主程序用到的存储区等问题，导致许多人对ARM处理器的初始化以及启动代码的编写感到较为困难。本文详细分析了At91系列微处理器的启动过程。

系统存储介质和地址映射
　　开发板的Flash存储器采用ATMEL公司的AT49BV1614A，板上采用的SRAM是ISSI公司的IS61LV51216，AT91M55800A片内还集成了8K字节的片内SRAM。FLASH存储器连接在AT91M55800A的片选0引脚上，SRAM连接在片选1引脚上。上电时，Flash映射地址为0x01000000，片内RAM映射地址为0x00300000，片外SRAM不可见。

　　系统上电时，从地址0开始读取上电复位中断处理程序，进行系统初始化。此时，地址0x00000000指向的是连接在片选0的存储器器件，所以要在片选0上连接Flash。由于Flash的运行速度相对RAM要慢，且中断处理程序在Flash中无法改动，所以，人们希望程序在RAM中运行。为此，ARM的CPU提供了Remap命令来解决这个问题，当置位M55800A的重映射控制寄存器的重映射命令位(EBI_RCR的RCB位)后，内部RAM就映射到地址0，配置EBI寄存器后，Flash的地址是0x01000000，SRAM的地址是0x02000000。这就是系统的重映射过程。

启动过程的分析与实现
　　一般而言，一个ARM的启动代码必须要完成以下部分的初始化：定义入口点、设置中断/异常向量、初始化存储系统(如果需要，进行代码的搬移)、初始化堆栈、初始化I/O设备、初始化中断中用到的变量、开中断、必要时改变处理器的模式和处理器的状态、初始化C程序中用到的存储区、引导处理器进入C程序。其中的难点在于内存系统的重映射和对C程序用到的存储区进行初始化。

　　(1)设置入口指针：启动程序首先必须定义入口指针，而且整个应用程序只有一个入口指针。

　　(2)设置中断向量：ARM7要求中断向量表必须设置在从0地址开始，连续8×4字节的空间，分别是复位、未定义指令错误、软件中断、预取指令错误、数据存取错误、IRQ、FIQ和一个保留的中断向量。由于Flash在系统Remap之前指向地址0，所以要在Flash中安排中断向量。此时，真正有用的只有位于地址0的复位向量，在此安排一条 B? Initreset指令，转向引导程序，其余中断未用。接下来在Flash中构建一个新的中断向量表，用于在Remap之后复制到片内RAM中，采取相对寻址的方式。

　　系统复位时，外部总线并没有被配置，此时片选0的总线等待周期是8，为了加速启动过程，可以在这时把片选0的总线等待周期设为与FLASH ROM相应的数值。并且配置AT91M55800的PLL，使系统从慢晶振(32768Hz)转到32MHz。
由于AT91M55800A的IRQ和FIQ中断是由先进中断控制器(AIC)管理的，所以，要对AIC进行配置。

　　将刚才构建的中断向量表复制到位于0x300000的片内RAM中，这样在Remap后，重新映射到地址0的片内RAM中就有了中断向量表。

　　(3)进行Remap。

　　(4)初始化堆栈和寄存器：堆栈设置在AT91M55800A的片内RAM中，可以提高运行速度。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。一般来说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。进入相应的处理器模式，直接设置堆栈指针即可。

　　(5)改变处理器模式、状态：对于不带操作系统的用户程序，系统可以处在user模式下；对于mC/OS-II，系统应当工作在svc模式下，否则无法完成任务的切换。

　　(6)初始化C语言所需的存储器空间：拷贝程序到片外RAM中，完成加载时域到运行时域的转换，初始化RW和ZI段。

　　(7)呼叫C程序：ARM有16位THUMB和32位ARM两种指令集。使用16位的存储器可以降低成本， 在这种情况下，THUMB指令集的整体执行速度比ARM 32位指令集快，而且代码密度高，所以一般用THUMB编译器将C语言程序编译成16位的代码。 处理器一开始总在ARM状态，可使用BX指令转换到THUMB状态呼叫C程序。

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