S3C2410快速启动的实现

2006-05-16 来源：今日电子

　　嵌入式系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等均有严格要求，以ARM体系结构为基础的各种RISC微处理器具有灵活的特性和强大的性能，在嵌入式系统中得到了广泛的应用。---S3C2410是三星公司基于ARM920T设计的一款处理器，在开发基于S3C2410的系统的过程中，如何让系统快速稳定地启动是一个重要问题。嵌入式系统的资源有限，程序通常都是固化在ROM中运行。但在实际应用中，为提高系统的实时性，加快代码的执行速度，系统启动后程序往往要被搬移到RAM中，因为RAM的存取速度要比ROM快得多，这样大大提升系统的性能。启动程序要完成的任务包括：硬件初始化，系统存储系统的配置，复制二级中断向量表。

　　启动程序过程

　　系统硬件初始化

　　系统上电或复位后，程序从位于地址0x0的Reset Exception Vector处开始执行，因此需要在这里放置Bootloader的第一条指令：b ResetHandler，跳转到标号为ResetHandler处进行第一阶段的硬件初始化，主要内容为：关看门狗定时器，关中断，初始化PLL和时钟，初始化存储器系统。执行完以上程序后，系统进行堆栈和存储器的初始化。系统堆栈初始化取决于用户使用了哪些中断，以及系统需要处理哪些错误类型。一般情况下，管理者堆栈必须设置，如果使用了IRQ中断，则IRQ堆栈也必须设置。如果系统使用了外设，则需要设置相关的寄存器，以确定其刷新频率、总线宽度等信息。

　　代码段复制到RAM中运行

　　因为嵌入式系统的代码通常都是固化在ROM或者Flash中，上电后开始运行。由于ROM和Flash的读取速度相对较慢，这样无疑会降低代码的执行速度和系统的运行效率。为此，需要把系统的代码复制到RAM中运行。使用SDT链接器ARMLink产生的定位信息，把RO的有效代码和数据段到RAM中。ARMLink将编译后的程序链接成ELF文件。映像文件内部共有三种输出段：RO段、RW段和ZI段。这三种输出段分别包含了只读代码及包含在代码段中的少量数据、可读写的数据、初始化为0的数据，ARMLink同时还产生了这三种输出段的起始和终止定位信息：Image$$RO$$Base、Image$$RO$$Limit、Image$$RW$$Base、Image$$Limit、Image$$Linit和Image$$ZI$$Limit。可以在程序中使用这些定位信息。将ROM中的代码和数据搬移到RAM中，具体程序如下。

　　BNE %B0 /*如果没有复制完，跳转到0标示符处的汇编语句，继续复制，参见ARM指令帮助手册

　　建立二级中断向量表

　　在ARM系统中，中断向量表位于0X0开始的地址处，意味着无论运行什么样的上层软件，一旦发生中断，程序就得到Flash存储器中的中断向量表里去，降低系统的运行效率。因此在RAM中建立自己的二级中断向量表，当中断发生后，程序直接从RAM中取中断向量进入中断子程序。尤其是在中断频繁发生的系统里，这种方法可以大大提高系统的运行效率，具体的实现代码如下

　　其中HANDLER是一个宏，用于查找中断处理程序的入口地址。这些地址存放在由HandleXXX指向的表项中，该表定位在RAM高端，基地址为_ISR_STARTADDRESS

　　MMU的应用

　　MMU是存储器管理单元的缩写，是用来管理虚拟内存系统的器件。MMU通常是CPU的一部分，本身有少量存储空间存放从虚拟地址到物理地址的匹配表，此表称作TLB(转换旁置缓冲区)。所有数据请求都送往MMU，由MMU决定数据是在RAM内还是在大容量外部存储器设备内。如果数据不在存储空间内，MMU将产生页面错误中断。MMU存储器系统的结构允许对存储器系统的精细控制，大部分的控制细节由存在存储器中的转换表提供。这些表的入口定义了从1KB～1MB的各种存储器区域的属性。MMU完成的两个主要功能是：将虚地址转换成物理地址，控制存储器存取允许。MMU关掉时，虚地址直接输出到物理地址总线。

　　经过以上的分析可以发现，系统启动程序主要是完成了硬件的初始化，以及克服Flash或ROM读取速度慢的弱点，提高指令和数据的读取速度，实现系统的高速运行，并且通过MMU的应用，减少RAM的使用，降低系统成本。