周立功lpc21xx/lpc22xx系列ARM7启动代码分析

网上已经有人做了一个周立功lpc2000(ARM7TDMI)启动代码分析的文章, 我本来想做一个s3c2410(ARM920T)的启动代码分析的, 但是看来了一下2410的启动代码，发现有些东西还不是理解的很清楚, 我ARM9的经验比较少.

所以还是做一个ARM7的启动代码分析吧, 网上那一份相比，我这个主要关注startup.s文件.网上那个startup.s几乎是一笔带过的.

红色标记的是源码.

 

SVC_STACK_LEGTH         EQU         0

FIQ_STACK_LEGTH         EQU         0

IRQ_STACK_LEGTH         EQU         256

ABT_STACK_LEGTH         EQU         0

UND_STACK_LEGTH         EQU         0

NoInt       EQU 0x80

USR32Mode   EQU 0x10

SVC32Mode   EQU 0x13

SYS32Mode   EQU 0x1f

IRQ32Mode   EQU 0x12

FIQ32Mode   EQU 0x11

 

上面几行代码，不用过多分析, 定义几个符号而已, 把EQU想像成C中的#define就可以了. 具体定义的数值，下面的代码用到我再解释.

IMPORT __use_no_semihosting_swi

上面这一句的作用是在代码中禁用 semihosting 机制. 到底什么是semihostiong这里不多说, 网上有很多. 这里只说明Semihosting主要用来调试, 在release版本的代码中一般是要禁用的.

IMPORT  FIQ_Exception                   

IMPORT  __main                             

IMPORT  TargetResetInit

上面三行是把要引入的外部标号声明一下，以便下面使用.

EXPORT  bottom_of_heap

EXPORT  StackUsr

EXPORT  Reset

EXPORT __user_initial_stackheap

上面四行是把要给其它文件使用的标号声明

 

AREA    vectors,CODE,READONLY

        ENTRY

上面这一行声明汇编文件的入口, 整个文件是从这里开始执行的.

Reset

        LDR     PC, ResetAddr

        LDR     PC, UndefinedAddr

        LDR     PC, SWI_Addr

        LDR     PC, PrefetchAddr

        LDR     PC, DataAbortAddr

        DCD     0xb9205f80

        LDR     PC, [PC, #-0xff0]

        LDR     PC, FIQ_Addr

上面几行是配置中断向量表. 中断向量表的顺序是不能变的,因为这是ARM7规定的，可以参考相关书籍. 这里有几个问题要说明一下.

第一, 关于DCD     0xb9205f80, 按照ARM7的中断向量表分布图, 这个位置是个保留位. 但是究竟为什么要用0xb9205f80这个数值呢.

根据周立功的说法, nxp系列的lpc21xx,lpc22xx片子要求'中断向量表中所有数据32位累加和为0，否则程序不能脱机运行', 我在AXD反汇编了一下（如下图），把中断向量表中的8个机器码累加了一下:0xe59ff018*6+0xe51ffff0+0xb9205f80，没错, 结果是零. 但是我遇到一个问题, 就是我在实验中,把0xb9205f80这个数值改成任何值，程序运行都没问题. 头大了, 这个问题待解决中……(希望高手看到了可以指点一二).

 

 

第二, 关于LDR     PC, [PC, #-0xff0]. 这里本应该放IRQ中断的, 为什么是这么一句话. 其实在我blog的其中一篇文章里有提到过这一点.

ARM7的三级流水线结构导致了PC指向的是当前指令的后8个字节. 本来IRQ是应该放在0x00000018处的. LDR     PC, [PC, #-0xff0]这条语句执行后, PC的当前值就是0x00000018+8-0xff0. 很容易计算出它的结果是0xfffff030. 看一下lpc22xx的手册就知道. 这个地址就是VICVectAddr. 也就是说本来这个地址是应该放IRQ服务程序的入口地址的,但是这个地址被放在了VICVectAddr 这个寄存器里. 英文手册里有一段对VICVectAddr 描述. 看了之后就容易明白是怎么回事了: Vector Address Register. When an IRQ interrupt occurs, the IRQ service routine can read this register and jump to the value read

 

ResetAddr           DCD     ResetInit

UndefinedAddr       DCD     Undefined

SWI_Addr            DCD     SoftwareInterrupt

PrefetchAddr        DCD     PrefetchAbort

DataAbortAddr       DCD     DataAbort

Nouse               DCD     0

IRQ_Addr            DCD     0

FIQ_Addr            DCD     FIQ_Handler

这几行是为上面中断向量表中的中断标号分配内存空间, 也就是它们的执行地址. 一开始我有个疑问, 为什么不直接用LDR     PC, ResetInit，还要用DCD中转一下, 后来上网查了一下，才恍然大悟, ldr指令中的地址必须为当前指令地址是4KB范围内, 用DCD中转一下就可以在整个程序空间寻址.

Undefined

        B       Undefined

SoftwareInterrupt                     

        B       SoftwareInterrupt  

PrefetchAbort

        B       PrefetchAbort

DataAbort

        B       DataAbort

FIQ_Handler

        STMFD   SP!, {R0-R3, LR}

        BL      FIQ_Exception

        LDMFD   SP!, {R0-R3, LR}

        SUBS    PC,  LR,  #4

这几行不用过多解释, 只是说明上面几个异常如何执行.

 

InitStack   

        MOV     R0, LR

;设置管理模式堆栈

        MSR     CPSR_c, #0xd3                

        LDR     SP, StackSvc          

;设置中断模式堆栈

        MSR     CPSR_c, #0xd2

        LDR     SP, StackIrq

;设置快速中断模式堆栈

        MSR     CPSR_c, #0xd1

        LDR     SP, StackFiq

;设置中止模式堆栈

        MSR     CPSR_c, #0xd7

        LDR     SP, StackAbt

;设置未定义模式堆栈

        MSR     CPSR_c, #0xdb

        LDR     SP, StackUnd

;设置系统模式堆栈

        MSR     CPSR_c, #0xdf

        LDR     SP, =StackUsr

 

        MOV     PC, R0

上面是一个子函数, 函数名为InitStack. 顾名思意, 这个函数设置ARM七种工作模式下的堆栈. 关于这一段代码有三点要说.

第一, MSR     CPSR_c, #0xdf, 这一句把ARM的工作模式设置为系统模式,或者也可以说是用户模式, 因为系统模式与用户模式是共享相同的寄存器组. 用0xdf对CPSR寄存器赋值，就把IRQ中断关闭了(可以查一下CRSR的详细说明), 代码正常执行时处理器是处在用户模式的，所以IRQ中断是不会执行的. 所以，如果用周立功的这个启动代码，当你的程序中需要中断时，要把0xdf改成0x5f. 之前看到很多人在网上说用周立功的ADS工程模板，进不了中断，很多情况下是这个原因.

第二, 并不是每一种模式下的堆栈都用设置的, 比如说如果你的程序中不会用到FIQ，就可以不用设置快速中断下的堆栈.

第三, 注意LDR     SP, =StackUsr这个语句, 其它都是没有=号的, 为什么这个要用等号呢? 这就是LDR伪指令与LDR指令的区别了, LDR     SP, =StackUsr是把StackUsr表示的地址装载到sp, LDR     SP, StackUnd是把StackUnd表示地址的内容装载到sp,注意下面几句

StackSvc           DCD     SvcStackSpace + (SVC_STACK_LEGTH - 1)* 4

StackIrq           DCD     IrqStackSpace + (IRQ_STACK_LEGTH - 1)* 4

StackFiq           DCD     FiqStackSpace + (FIQ_STACK_LEGTH - 1)* 4

StackAbt           DCD     AbtStackSpace + (ABT_STACK_LEGTH - 1)* 4

StackUnd           DCD     UndtStackSpace + (UND_STACK_LEGTH - 1)* 4

 

可以看到，没有”=”的标号都已经用DCD初始化了, 而StackUsr到底是什么呢, 它是由下面的语句决定的

(startup.s文件)

AREA    Stacks, DATA, NOINIT

StackUsr

(分散加载文件)

STACKS 0x40002000 UNINIT

 {

        Startup.o (Stacks)

 }

这样就明白了, StackUsr肯定是0x40000000~0x400020000之间的某个数. 用户模式下的堆栈空间就是它了.

 

ResetInit

        BL      InitStack

        BL      TargetResetInit

        B       __main

 

处理器上电复位后通过中断向量表进入该函数,__main函数主要工作是初始化C的库函数, 并由它进入C的main函数.

__user_initial_stackheap   

    LDR   r0,=bottom_of_heap

;    LDR   r1,=StackUsr

MOV   pc,lr

__user_initial_stackheap函数是ADS的一个库函数, 如果程序中用到的分散加载文件, 这个函数必须要被实现. 应用程序的栈和heap是在C库函数初始化过程中建立起来的。可以通过重定向对应的子程序来改变堆栈和heap的位置. 堆栈的地址在分散加载文件里已经指定好，本函数不应该修改它们的值. 用r0,r1分别返回heap和stack的基址. 关于ADS的存储器机制大家可以去网上查更详细的资料.

StackSvc           DCD     SvcStackSpace + (SVC_STACK_LEGTH - 1)* 4

StackIrq           DCD     IrqStackSpace + (IRQ_STACK_LEGTH - 1)* 4

StackFiq           DCD     FiqStackSpace + (FIQ_STACK_LEGTH - 1)* 4

StackAbt           DCD     AbtStackSpace + (ABT_STACK_LEGTH - 1)* 4

StackUnd           DCD     UndtStackSpace + (UND_STACK_LEGTH - 1)* 4

 

 AREA    MyStacks, DATA, NOINIT, ALIGN=2

SvcStackSpace      SPACE   SVC_STACK_LEGTH * 4  ;Stack spaces for Administration Mode

IrqStackSpace      SPACE   IRQ_STACK_LEGTH * 4  ;Stack spaces for Interrupt ReQuest Mode

FiqStackSpace      SPACE   FIQ_STACK_LEGTH * 4  ;Stack spaces for Fast Interrupt reQuest Mode

AbtStackSpace      SPACE   ABT_STACK_LEGTH * 4  ;Stack spaces for Suspend Mode

UndtStackSpace     SPACE   UND_STACK_LEGTH * 4  ;Stack spaces for Undefined Mode

上面几行代码是为各个模式下的堆栈分配空间. 其中MyStacksA的位置会在分散加载文件中指定.

IF :DEF: EN_CRP

        IF  . >= 0x1fc

        INFO    1,'\nThe data at 0x000001fc must be 0x87654321.\nPlease delete some source before this line.'

        ENDIF

CrpData

    WHILE . < 0x1fc

    NOP

    WEND

CrpData1

    DCD     0x87654321          ;/*When the Data is 为0x87654321,user code be protected. 当此数为0x87654321时，用户程序被保护 */

    ENDIF

上面这几行其实是加密芯片用的, lpc21xx和lpc22xx系列的ARM7,当你的工程选择RelInFlash时, 代码写进flash,芯片也同时被加密, 加密状态下JTAG也读不到芯片, 也不能单步调试, 要解密的话必须要用ISP完全擦除一下. 上面的代码的意思就是在地址0x1fc处放数据0x87654321, 从而实现加密的功能, 但前提是IF :DEF: EN_CRP, 也就是定义了EN_CPP这个宏. 而这个宏是在当选择了RelInFlash时ADS自动定义的. 然后，再说一下0x87654321的问题. LPC2100 系列ARM7微控制器是世界首款可加密的ARM芯片，对其加密的方法是通过用户程序在指定地址上设置规定的数据。PHILIPS公司规定，对于 LPC2100芯片(除LPC2106/2105/2104外)，当片内FLASH地址0x000001FC处的数据为0x87654321时，芯片即被加密. 所以问题搞定.