2021年10月12日 | S3C2440裸机------异常与中断__Thumb指令集程序示例

我们以之前的代码重定位程序为例简单看一下thumb指令集。

1.C代码修改为Thumb指令集格式

对于C程序，如果我们想把他们编译成Thumb指令集的话，只需要修改makefile，加上-mthumb选项即可，先看一下之前的makefile。

all:

arm-linux-gcc -c -o led.o led.c

arm-linux-gcc -c -o uart.o uart.c

arm-linux-gcc -c -o init.o init.c

arm-linux-gcc -c -o main.o main.c

arm-linux-gcc -c -o start.o start.S

#arm-linux-ld -Ttext 0 -Tdata 0x30000000  start.o led.o uart.o init.o main.o -o sdram.elf

arm-linux-ld -T sdram.lds start.o led.o uart.o init.o main.o -o sdram.elf

arm-linux-objcopy -O binary -S sdram.elf sdram.bin

arm-linux-objdump -D sdram.elf > sdram.dis

clean:

rm *.bin *.o *.elf *.dis

修改后的makefile如下：

all: led.o uart.o init.o main.o start.o

#arm-linux-ld -Ttext 0 -Tdata 0x30000000  start.o led.o uart.o init.o main.o -o sdram.elf

arm-linux-ld -T sdram.lds start.o led.o uart.o init.o main.o -o sdram.elf

arm-linux-objcopy -O binary -S sdram.elf sdram.bin

arm-linux-objdump -D sdram.elf > sdram.dis

clean:

rm *.bin *.o *.elf *.dis

%.o : %.c

arm-linux-gcc -mthumb -c -o $@ $<

%.o : %.S

arm-linux-gcc -c -o $@ $<

2.汇编代码修改为Thumb指令集

对于汇编文件，我们需要修改代码切换为Thumb指令集。

我们先看一下之前的start.S

.text

.global _start

_start:

/* 关闭看门狗 */

ldr r0, =0x53000000

ldr r1, =0

str r1, [r0]

/* 设置MPLL, FCLK : HCLK : PCLK = 400m : 100m : 50m */

/* LOCKTIME(0x4C000000) = 0xFFFFFFFF */

ldr r0, =0x4C000000

ldr r1, =0xFFFFFFFF

str r1, [r0]

/* CLKDIVN(0x4C000014) = 0X5, tFCLK:tHCLK:tPCLK = 1:4:8  */

ldr r0, =0x4C000014

ldr r1, =0x5

str r1, [r0]

/* 设置CPU工作于异步模式 */

mrc p15,0,r0,c1,c0,0

orr r0,r0,#0xc0000000   //R1_nF:OR:R1_iA

mcr p15,0,r0,c1,c0,0

/* 设置MPLLCON(0x4C000004) = (92<<12)|(1<<4)|(1<<0) 

*  m = MDIV+8 = 92+8=100

*  p = PDIV+2 = 1+2 = 3

*  s = SDIV = 1

*  FCLK = 2*m*Fin/(p*2^s) = 2*100*12/(3*2^1)=400M

*/

ldr r0, =0x4C000004

ldr r1, =(92<<12)|(1<<4)|(1<<0)

str r1, [r0]

/* 一旦设置PLL, 就会锁定lock time直到PLL输出稳定

* 然后CPU工作于新的频率FCLK

*/

/* 设置内存: sp 栈 */

/* 分辨是nor/nand启动

* 写0到0地址, 再读出来

* 如果得到0, 表示0地址上的内容被修改了, 它对应ram, 这就是nand启动

* 否则就是nor启动

*/

mov r1, #0

ldr r0, [r1] /* 读出原来的值备份 */

str r1, [r1] /* 0->[0] */ 

ldr r2, [r1] /* r2=[0] */

cmp r1, r2   /* r1==r2? 如果相等表示是NAND启动 */

ldr sp, =0x40000000+4096 /* 先假设是nor启动 */

moveq sp, #4096  /* nand启动 */

streq r0, [r1]   /* 恢复原来的值 */

bl sdram_init

//bl sdram_init2 /* 用到有初始值的数组, 不是位置无关码 */

/* 重定位text, rodata, data段整个程序 */

bl copy2sdram

/* 清除BSS段 */

bl clean_bss

//bl main  /* 使用BL命令相对跳转, 程序仍然在NOR/sram执行 */

ldr pc, =main  /* 绝对跳转, 跳到SDRAM */

halt:

b halt

然后进行修改，我们首先在_start:前面增加 .code 32 表示后续的指令使用arm指令集，然后由于我们的C函数是使用Thumb指令集，因为我们在bl sdram_init前面加上.code 16，然后我们在.code 16的前面还要加上一个切换指令，表示我们从arm指令切换到thumb指令，我们使用bx指令进行切换，bx命令后面的值如果它的最低位是1的话，它会跳转到thumb指令。修改后的start.S如下：

.text

.global _start

.code 32

_start:

/* 关闭看门狗 */

ldr r0, =0x53000000

ldr r1, =0

str r1, [r0]

/* 设置MPLL, FCLK : HCLK : PCLK = 400m : 100m : 50m */

/* LOCKTIME(0x4C000000) = 0xFFFFFFFF */

ldr r0, =0x4C000000

ldr r1, =0xFFFFFFFF

str r1, [r0]

/* CLKDIVN(0x4C000014) = 0X5, tFCLK:tHCLK:tPCLK = 1:4:8  */

ldr r0, =0x4C000014

ldr r1, =0x5

str r1, [r0]

/* 设置CPU工作于异步模式 */

mrc p15,0,r0,c1,c0,0

orr r0,r0,#0xc0000000   //R1_nF:OR:R1_iA

mcr p15,0,r0,c1,c0,0

/* 设置MPLLCON(0x4C000004) = (92<<12)|(1<<4)|(1<<0) 

*  m = MDIV+8 = 92+8=100

*  p = PDIV+2 = 1+2 = 3

*  s = SDIV = 1

*  FCLK = 2*m*Fin/(p*2^s) = 2*100*12/(3*2^1)=400M

*/

ldr r0, =0x4C000004

ldr r1, =(92<<12)|(1<<4)|(1<<0)

str r1, [r0]

/* 一旦设置PLL, 就会锁定lock time直到PLL输出稳定

* 然后CPU工作于新的频率FCLK

*/

/* 设置内存: sp 栈 */

/* 分辨是nor/nand启动

* 写0到0地址, 再读出来

* 如果得到0, 表示0地址上的内容被修改了, 它对应ram, 这就是nand启动

* 否则就是nor启动

*/

mov r1, #0

ldr r0, [r1] /* 读出原来的值备份 */

str r1, [r1] /* 0->[0] */ 

ldr r2, [r1] /* r2=[0] */

cmp r1, r2   /* r1==r2? 如果相等表示是NAND启动 */

ldr sp, =0x40000000+4096 /* 先假设是nor启动 */

moveq sp, #4096  /* nand启动 */

streq r0, [r1]   /* 恢复原来的值 */

/* 怎么从ARM State切换到Thumb State? */

adr r0, thumb_func

add r0, r0, #1  /* bit0=1时, bx就会切换CPU State到thumb state */

bx r0

.code 16

thumb_func:

bl sdram_init

//bl sdram_init2 /* 用到有初始值的数组, 不是位置无关码 */

/* 重定位text, rodata, data段整个程序 */

bl copy2sdram

/* 清除BSS段 */

bl clean_bss

//bl main  /* 使用BL命令相对跳转, 程序仍然在NOR/sram执行 */

ldr r0, =main  /* 绝对跳转, 跳到SDRAM */

mov pc, r0

halt:

b halt

3.bug

3.1 bug1

在start.S中，我们直接用ldr pc, =main编译会出错，这是因为对于Thumb指令集不能直接向PC直接赋值，我们先把main的值赋给某个寄存器，然后再把这个寄存器的值赋值给PC，

3.2 bug2

在init.c中的sdram_init2函数中提示undefined reference to memcpy,但是我们发现我们再这个函数里面并没有用到memcpy，这是因为arr数组的值是保存到代码里面的，为了构造这个数组，编译器偷偷的使用memcpy从代码段中拷贝到局部变量arr中，我们通过把arr修改为const static类型，这样static变量就会放到数据段里面，然后重定位时就会把数据段的值拷贝到arr所对应的地址中去，遮掩过就不会用到memcpy了。

#include "s3c2440_soc.h"

void sdram_init(void)

{

BWSCON = 0x22000000;

BANKCON6 = 0x18001;

BANKCON7 = 0x18001;

REFRESH  = 0x8404f5;

BANKSIZE = 0xb1;

MRSRB6   = 0x20;

MRSRB7   = 0x20;

}

#if 0

/**************************************************************************   

* 设置控制SDRAM的13个寄存器

* 使用位置无关代码

**************************************************************************/   

void memsetup(void)

{

unsigned long *p = (unsigned long *)MEM_CTL_BASE;

p[0] = 0x22111110; //BWSCON

p[1] = 0x00000700; //BANKCON0

p[2] = 0x00000700; //BANKCON1

p[3] = 0x00000700; //BANKCON2

p[4] = 0x00000700; //BANKCON3

p[5] = 0x00000700; //BANKCON4

p[6] = 0x00000700; //BANKCON5

p[7] = 0x00018005; //BANKCON6

p[8] = 0x00018005; //BANKCON7

p[9] = 0x008e07a3; //REFRESH,HCLK=12MHz:0x008e07a3,HCLK=100MHz:0x008e04f4

p[10] = 0x000000b2; //BANKSIZE

p[11] = 0x00000030; //MRSRB6

p[12] = 0x00000030; //MRSRB7

}

#endif

void sdram_init2(void)

{

const static unsigned int arr[] = {

0x22000000, //BWSCON

0x00000700, //BANKCON0

0x00000700, //BANKCON1

0x00000700, //BANKCON2

0x00000700, //BANKCON3

0x00000700, //BANKCON4

0x00000700, //BANKCON5

0x18001, //BANKCON6

0x18001, //BANKCON7

0x8404f5, //REFRESH,HCLK=12MHz:0x008e07a3,HCLK=100MHz:0x008e04f4

0xb1, //BANKSIZE

0x20, //MRSRB6

0x20, //MRSRB7

};

volatile unsigned int * p = (volatile unsigned int *)0x48000000;

int i;

for (i = 0; i < 13; i++)

{

*p = arr[i];

p++;

}

}

int sdram_test(void)

{

volatile unsigned char *p = (volatile unsigned char *)0x30000000;

int i;

// write sdram

for (i = 0; i < 1000; i++)

p[i] = 0x55;

// read sdram

for (i = 0; i < 1000; i++)

if (p[i] != 0x55)

return -1;

return 0;

}

void copy2sdram(void)

{

/* 要从lds文件中获得 __code_start, __bss_start

* 然后从0地址把数据复制到__code_start

*/

extern int __code_start, __bss_start;

volatile unsigned int *dest = (volatile unsigned int *)&__code_start;

volatile unsigned int *end = (volatile unsigned int *)&__bss_start;

volatile unsigned int *src = (volatile unsigned int *)0;

while (dest < end)

{

*dest++ = *src++;

}

}

void clean_bss(void)

{

/* 要从lds文件中获得 __bss_start, _end

*/

extern int _end, __bss_start;

volatile unsigned int *start = (volatile unsigned int *)&__bss_start;

volatile unsigned int *end = (volatile unsigned int *)&_end;

while (start <= end)

{

*start++ = 0;

}

}