介紹ARM的啓動過程詳細說明

對於一般的嵌入式系統來講,考慮到系統成本,運行速度等因素,往往聯合使用好幾種存儲器件。在下面講到的例子中,是我在開發中用到的一個 ARM9EJ 的處理器,系統中採用了SDRAM, ROM, Nand FLASH, ITCM ,DTCM 等。  
    SDRAM: 程序正常運行時所在的存儲器, 物理地址 0x24000000 - 0x24800000 (以8M 爲例);
    ROM:   復位後, ARM 從 ROM 啓動, ROM 是隻讀的,出廠時就燒好了,不可更改,正常運行時,物理地址:
            0x2C000000 - 0x2C006000 (24KB);
    Nand FLASH: 外接存儲器件,正常運行的程序會通過燒錄工具先放在這裏。也可以做爲用戶的數據存儲區,通過文件系統來訪問。
    ITCM, DTCM: 類似與 SDRAM ,但是速度比 SDRAM 快很多,當進行大量,繁瑣,且實時性要求較高的運算時,使用該存儲。

    從開機,即對處理器發送一個 RESET 信號後, ARM 處理器就進入中斷模式,從中斷向量 RESET 處理,即地址0x00000000 處開始執行。但是,我們看到,整個系統在物理地址 0 處是沒有存儲器件的。實際上是, 對與大多數的ARM處理器來講,有一個硬件映射的機制。對與這個處理器來說,開始時,默認將 ROM (0x2C000000 - 0x2C006000) 映射到地址零處,注意,此動作是由硬件達成的,軟件不用考慮。此時,送到地址總線的地址是 0x00000000, 但是對應的卻是ROM 中offset 爲0處的代碼。 看看ROM 中代碼是怎麼考慮的:

    .section .boot                  #1
    __RESET_ADDR:
/* Move PC to ROM address */
LDR PC, =0x2C000024            #2
/* Hardward init */
BL __HARDWARD_INIT          

/* Detect SDRAM size */
BL __SDRAM_DETECT

/* SDRAM init */
BL __SDRAM_INIT

/* Data section init */
BL __DATA_INIT                #3


/* BSS section init */
BL __BSS_INIT                 #4

/* ARM mode stacks init */
BL __STACK_INIT               #5


/* Enter C code */
B __MMU_START_MAIN              #6
   
    需要注意的是上面標出來的6個地方,下面分別解釋:
    #1
    GCC 會把以下的代碼放到 .boot 段中,通過 ld 中對 .boot 的安排,可將該段放在指定的地址空間,參見後面的 ld 描述;
   
    #2
    此處將 PC 指針賦值爲 0x2C000024, 通過對這個 .boot 段進行反彙編,可以看到該地址對應
    BL __HARDWARD_INIT, 就是該條指令的下一條。 此時,物理地址 0x00000024 和 0x2C000024 都對應這條指令,這是由於重映射機制造成的。通過,執行
    LDR PC, =0x2C000024, 使得處理器的地址空間從原來的 0x0000000 變到 0x2C000000 ,這是必要的。其一: ROM 本身就對應在 0x2C000000 這個地址空間,恢復到此空間是很自然的。其二:爲後面的重映射做準備。因爲ROM 的運行速度沒有 SDRAM 快,所以通常把程序加載到 SDRAM 中運行,由於中斷向量的在 0x00000000 處,所以需要把 SDRAM 映射到 0 地址去,這也是硬件映射的。如果不做這種轉換的話,當進行了硬件映射後,兩條指令就接不上了,上一條指令是 0x0000xxxx, 位於 ROM 中,下一條指令 0x0000xxxy 爲與SDRAM ,會接着從 SDRAM 中執行,很容易出問題。
   
    #3
    此處做數據段的初始化的,數據段是可讀可寫的。所以必須把數據段搬到 SDRAM 中去,方可使用。該數據段的 LMA 和 VMA 是不同的,通過在 ld 中加上標籤,可以得知從哪兒搬數據,要搬到那兒去。

    #4
    做BSS 段初始話,一般清0。 值得注意的是,對於初始化爲 0 的全局變量,可能會放在這裏。

    #5
    初始化,各個模式下的堆棧。

    #6
    啓動MMU,進入main 函數。      

    由於 ROM 中空間有限,上面在 ROM 中代碼不可能做更多動作。 一般我們把自己編寫程序生成 arm 代碼放在 Nand Flash 中。在 ROM 中的程序進入main 後,就會通過nand driver 將存在nand 中的code 讀到 SDRAM 中,然後做硬件重映射,將 SDRAM 映射到地址 0 處, 然後在 SDRAM 中跑。 對於 ARM 的 bootload 來將,做的就是這個工作。

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