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          2440啟動代碼和中斷處理過程

          作者: 時間:2016-11-09 來源:網(wǎng)絡 收藏
          啟動代碼與Bootloader不同,主要是指進入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)設置FIQ/IRQ中斷處理程序入口
          (7)進入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}
          2、宏定義
          MACRO
          $HandlerLabelHANDLER$HandleLabel
          $HandlerLabel
          sub sp,sp,#4
          stmfd sp!,{r0}
          ldrr0,=$HandleLabel
          ldrr0,[r0]
          strr0,[sp,#4]
          ldmfdsp!,{r0,pc}
          MEND
          $HandlerLabel是宏的地址標號,HANDLER是宏名,$HandleLabel是宏的參數(shù),$標號在宏指令展開時,標號會替換為用戶定義的符號。在此后,所有遇到$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}
          ldrr0,=HandleADC
          ldrr0,[r0]
          strr0,[sp,#4]
          ldmfdsp!,{r0,pc}
          這段程序用于把ADC中斷服務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是一個地址標號,它的內(nèi)容就是ADC中斷服務程序的地址標號,即文件最后的那個表HandleADC # 4所示,將HandleADC # 4中的4換成中斷服務程序的地址標號即是,程序在這里定義了一個數(shù)據(jù)區(qū),存放各種中斷服務程序的首地址。每個字空間都有一個標號,以Handle***命名。
          3、寄存器及堆棧設置
          按照上面的順序,可以比較容易讀懂啟動代碼的作用,主要就是通過設置特殊功能寄存器來達到對系統(tǒng)參數(shù)的設定。依次禁止看門狗,中斷,設定時鐘控制寄存器,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,所以要分別進入各個模式下設置其堆棧指針,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置重新排布成運行時的程序狀態(tài),以達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)段復制到高地址,如果沒有設置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。”
          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
          … …
          AREARamData, 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,這部分應該是DATA輸入段,它與RW里的數(shù)據(jù)不同之處在于這部分數(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,即程序是按照你設置的這種方式排布在內(nèi)存中的,各個地址標號根據(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)行時按照你設定的方式排布的狀態(tài),顯然,上面設置的兩個地址是針對運行時域來設置的,程序要滿足上面的設置才能正確連接。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就必須設置成0x0,如果你設置成0x30000000,那么Ro就必須設置成0x30000000,如果Rw不設置,它將默認跟在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作NandFlash的啟動代碼的話,Ro就必須設成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的相應位就會被置位,它不管其他地方的設置如何,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相應位已經(jīng)清零。
          SRCPND/SUBSRCPND和INTPND都不會自動清零,要程序向相應的位寫1才能清零。

          2410不支持中斷嵌套,中斷產(chǎn)生后處理器進入到IRQ模式,只有在等到這個中斷處理完之后才能響應下一次中斷。
          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)對其進行管理。中斷必須先由所屬組的ARBITER(0~5)進行第一次優(yōu)先級判斷然后再到ARBITER6進行第二次判斷??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進行第二次判斷。ARB_MODE0置1代表開啟優(yōu)先級次序旋轉(zhuǎn),當該位置為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R0因為后面要用R0傳遞值
          ldrr0,=HandleIRQ ;將HandleIRQ這個地址標號的值傳如R0
          ldrr0,[r0];取存放在HandleIRQ里的那個值
          strr0,[sp,#4] ;把取到的值壓入棧
          ldmfdsp!,{r0,pc};恢復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;預留堆棧
          stmfd sp!,{r8-r9} ;保護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。


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