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ARM体系的嵌入式系统BSP的程序设计

时间:01-18 来源:互联网 点击:

arm公司在32位RISC的CPU开发领域不断取得突破,其结构已经从V3发展到V6。

  BSP(Board Support Package)板级支持包介于主板硬件和操作系统之间,其功能与PC机上的BIOS相类似,主要完成硬件初始化并切换到相应的操作系统。BSP是相对于操作系统而言的,不同的操作系统对应于不同定义形式的BSP,例如VxWorks的BSP和Linux的BSP相对于某一CPU来说,尽管实现的功能一样,可是写法和接口定义是完全不同的。另外,仔细研究所用的芯片资料也十分重要,例如尽管arm在内核上兼容,但每家芯片都有自己的特色。所以这就要求BSP程序员对硬件、软件和操作系统都要有一定的了解。

本文介绍基于arm体系的嵌入式应用系统初始化部分BSP的程序设计。本文引用的源码全部是基于HMS320C7202芯片设计,并已成功运行。

1 初始化过程

  尽管各种嵌入式应用系统的结构及功能差别很大,但其系统初始化部分完成的操作有很大一部分是相似的。嵌入式系统的启动流程如图1所示。

1.1 设置入口指针

启动程序首先必须定义指针,而且整个应用程序只有一个入口指针。一般地,程序在编译链接时将异常中断向量表链接在0地址处,并且作为整个程序入口点。入口点代码如下:

ENTRY(_start) ;开始

1.2 设置异常中断向量表

arm要求中断向量表必须放置在从0开始、连续8×4字节的空间内。各异常中断向量地址以及中断的算是优先级如表1:

中断向量地址异常中断类型异常中断模式优先级(6最低)
0x0复位特权模式(SVC)1
0x4未定义中断未定义指令中止模式(Undef)6
0x8软件中断(SWI)特权模式(SVC)6
0x0c指令预取中止中止模式5
0x10数据访问中止中止模式2
0x14保留未使用未使用
0x18外部中断请求(IRQ)外部中断(IRQ)模式4
0x1c快速中断请求(FIQ)快速中断(FIQ)模式3

表1 各异常中断的中断向量地址以及中断的处理优先级

  中断向量地址 异常中断类型 异常中断模式 优先级(6最低)

0x0 复位 特权模式(SVC) 1

0x4 未定义中断 未定义指令中止模式(Undef) 6

0x8 软件中断(SWI) 特权模式(SVC) 6

0x0c 指令预取中止 中止模式 5

0x10 数据访问中止 中止模式 2

0x14 保留 未使用 未使用

0x18 外部中断请求(IRQ) 外部中断(IRQ)模式 4

0x1c 快速中断请求(FIQ) 快速中断(FIQ)模式 3

  每当一个中断发生后,ARM处理器便强制把程序计数器(PC)指针置为向量表中对应中断类型的地址值。因为每个中断向量仅占据放置1条arm指令的空间,所以通常放置1条跳转指令或向程序计数器(PC)寄存器赋值的数据访问指令,使程序跳转到相应的异常中断处理程序执行。如果异常中断处理程序起始地址小于32MB,使用B跳转指令;如果跳转范围大于32MB,使用LDR指令。

另外,对于各未用中断,可使其指向一个只含返回指令的哑函数,以防止错误中断引起系统的混乱。

1.3 初始化存储系统

初始化存储系统的编程对象是系统的存储器控制器,一个系统可能存在多种存储器类型的接口,不同的存储系统的设计不尽相同。Flash和SRAM同属于静态存储器类型,可以合用一个存储器端口;而DRAM因为有动态刷新和地址线复用等特性,通常配有专用的存储器端口。其中,SDRAM必须在初始化阶段进行设置,因为大部分的程序代码和数据都要在SDRAM中运行。

在HMS30C7202中,与SDRAM配置有关的寄存器有4个:配置寄存器、刷新定时寄存器、写缓冲写回寄存器和等待驱动寄存器,需要根据实际的系统设计对此分别加以正确配置。

SDRAM的初始化过程如下:加电→延迟10ms(各具体SDRAM器件延时时间可能不同)→设置配置寄存器参数→延时→写刷新定时寄存器,设置刷新周期→延时→使能自动刷新→延时→设置模式寄存器(位于SDRAM内部)。

1.4 存储器地址分布重映射(remap)和MMU

系统一上电,程序将自动从0地址处开始执行。因此,必须保证在0地址处存在正确的代码,即要求0地址开始入是非易失性的ROM或Flash等。但是因为ROM或Flash的访问速度相对较慢,每次中断响应发生后,都要从读取ROM或Flash上面的向量表开始,影响了中断响应速度。一般程序执行后将SDRAM映射为地址0,并把系统程序加载到SDRAM中运行,其具体步骤可以采用以下的方案:

(1)上电后,从0地址的ROM开始往下执行;

(2)根据映射前的地址,对SDRAM进行必要的代码和数据拷贝;

(3)拷贝完成后,进行重映射操作;

(4)因为RAM在重映射前准备好了内容,使得PC指针能继续在RAM里取得正确的指令。

在这种地址映射的变化过程中,程序员需要仔细考虑的是:程序的执行流程不能被这种变化所打断,注意保证

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