1. 概述

最近，我花了大量的时间学习了杨铸老师写的《深入浅出嵌入式底层软件开发》，看完了ARM体系结构与编程这一章。在这章节的最后，作者做了一个用于总结前面所学内容的操作系统MiniOS，并附带了其中的源代码。我认真学习了其中的所有代码，悟到了其中非常巧妙的构思。

读这个MiniOS源代码我遇到了最大的几个问题如下：

（1）系统是怎么启动的？

（2）开启了MMU后，虚拟地址是怎么映射上物理地址上的？

（3）系统是怎么开启MMU的，为什么开启了MMU内存地址重映射之后程序还能正常运行？

（4）main( ) 函数是怎么变成task0的？

（5）任务之间是怎么切换的？

（6）任务中怎么被创建，并运行起来的？

上述这几个问题都是很细微，但又很难搞清楚的核心知识。笔者在此把自己悟到的东西分享出来，供大家参考。

其它，如：系统函数调用、任务调度机制、LED、UART、按键怎么实现，不做过多研究。

2. 详细内容

2.1 系统是怎么启动的？

首先说明，书上提供的MiniOS工程编译后的运行地址为0x33FF0000，不是 0x00000000，这点很重要。

-info totals -ro-base 0x33ff0000 -first start.o

而程序编译完成后，生成了bin文件将被烧录到NorFlash的0x00000000地址上，也就很重要！

ARM复位后，PC从NorFlash的0x00000000地址上取提，也就是”b Reset“，之后跳到Reset标号上继续执行。代码如下：

1. AREAStart,CODE,READONLY
2. ENTRY;代码段开始
3. bReset
4. ……
5. Reset;Reset异常处理符号
6. blclock_init;跳往时钟初始化处理
7. blmem_init;跳往内存初始化处理
8. ldrsp,=SVC_STACK;设置管理模式栈指针，common_asm.h中定义
9. bldisable_watch_dog;关闭看门狗

之后所有的跳转都是用到b或bl，进行相对跳转。再跳转也是以PC为起始，相对位置跳转，不会受运行地址的影响。

初始化了时钟、SDRAM、关闭看门狗、设置sp。有人可能会问：为什么在进行了bl之后再设置栈指针？其实，哪里设置都无所谓，因为bl指令返回地址只保存在LR寄存器中，不放在栈里。SP被设置成了0x33FF0000，向下扩展，将来还会提及。

然后初始化SDRAM（如果不初始化，SDRAM是不能使用的），将程序自己从0x00000000地址复制一份到0x33FF0000地址上。然后再来一个绝对地址跳转，转到0x33FF0000地址域上的xmain地址处继续执行。如下：

1. copy_code;代码拷贝开始符号
2. movr0,#0x0;R0中为数据开始地址(ROM数据保存在0地址开始处)
3. ldrr1,=|Image

   RO

   Base|;R1中存放RO输出域运行地址，
4. ldrr2,=|Image

   ZI

   Limit|;R2中存放ZI输出域结束地址，
5. subr2,r2,r1;R2=R2-R1，得出待拷贝数据长度
6. blCopyCode2Ram;将R0,R1,R2三个参数传递给CopyCode2Ram函数执行拷贝
8. ldrr0,=|Image

   ZI

   Base|
9. ldrr1,=|Image

   ZI

   Limit|
10. blclear_bss_region
12. blstack_init;跳往栈初始化代码处
14. msrcpsr_c,#0x5f;开启系统中断，进入系统模式
15. ldrlr,=halt_loop;设置返回地址
16. ldrpc,=xmain;跳往main函数，进入OS启动处理
17. halt_loop
18. bhalt_loop;死循环

在执行了”ldr pc, =xmain“这条指令之后，PC就指向了SDRAM的0x33FF0000地址区域上了，不再是NorFlash上了，从此达到了运行地址与加载地址的统一。谨记！

xmain()函数定议在main.c文件中。

1. intxmain(void)
2. {
3. pgtb_init();//建立页表
4. mmu_init();//mmu初始化
5. uart_init();//串口初始化
6. irq_init();//中断初始化
7. Timer0_init();//定时器0初始化
8. key_init();//按键初始化
9. led_init();//led灯初始化
10. }

2.2 开启了MMU后，虚拟地址是怎么映射上物理地址上的？

在xmain函数中，pgtb_init() 函数的功能就是构建页表，TTB=0x300F0000。

1. voidpgtb_init()
2. {
3. unsignedlongentry_index,SFR_base;
5. /*建立到Norflash的2MB的地址空间的映射*/
6. /*0xA0000000映射到0开始的1MB地址空间*/
7. *(mmu_tlb_base+(0xA0000000>>20))=0x0|SEC_DESC;
8. /*0xA0100000映射到0x100000~0x1FFFFF的1MB地址空间*/
9. *(mmu_tlb_base+(0xA0100000>>20))=0x100000|SEC_DESC;
11. /*令0x30000000~0x34000000的64MB虚拟地址等于物理地址空间，方便miniOS内部进程管理*/
12. for(entry_index=0x30000000;entry_index<0x34000000;entry_index+=0x100000){
13. *(mmu_tlb_base+(entry_index>>20))=entry_index|SEC_DESC;
14. }
16. /*特殊功能寄存器0x48000000~0x60000000地址空间映射到0xC8000000~0xE0000000虚拟地址空间*/
17. for(entry_index=0x48000000+0x80000000,SFR_base=0x48000000;
18. SFR_base<0x60000000;entry_index+=0x100000,SFR_base+=0x100000){
19. *(mmu_tlb_base+(entry_index>>20))=SFR_base|SEC_DESC;
20. }
22. /*
23. *进程1-23号进程地址空间，每个进程32MB，miniOS允许进程使用32MB虚拟地址空间，