研究arm也有2個(gè)月了，現(xiàn)在才感覺理解了arm在Nand flash模式下的啟動(dòng)過(guò)程，現(xiàn)在來(lái)這里記錄下來(lái)以表達(dá)我無(wú)比喜悅的心情。閑話少說(shuō)，趁著還沒有忘記學(xué)習(xí)過(guò)程中的感受，直接進(jìn)入正題。
大家都知道，arm在Nand flash啟動(dòng)模式下啟動(dòng)時(shí)系統(tǒng)會(huì)將Nand flash中的前4KB代碼拷貝到SRAM（也就是Steppingstone中），由SRAM配置中斷向量表和完成Nand flash訪問(wèn)的必要初始化，然后將Nand flash中的全部程序代碼拷貝到SDRAM中，最后由SRAM跳轉(zhuǎn)到SDRAM，然后程序就正常執(zhí)行了，這一過(guò)程看上去很簡(jiǎn)單，但是真正理解這一過(guò)程還是不簡(jiǎn)單的，盡管這樣，還是想告訴大家仔細(xì)理解還是比較容易理解這個(gè)過(guò)程的。如果您是ADS用戶，你省去了很多麻煩，但我不確定你省去的這些麻煩是否值得，這里介紹的是一種麻煩的方式，linux下的led程序。 代碼Head.s - .extern main
- .text
- .global _start
- _start:
- b reset
- reset:
- ldr sp,=4096
- bl disable_watch_dog
- bl clock_init
- bl memsetup
- bl copy_steppingstone_to_sdram
- ldr pc,=on_sdram
- on_sdram:
- msr cpsr_c,#0xdf
- ldr sp,=0x34000000
- ldr lr,=halt_loop
- ldr pc,=Main
- halt_loop:
- b halt_loop
我認(rèn)為，最需要理解的就是這段代碼了。先簡(jiǎn)單的解釋下這段代碼。 （1）由于arm執(zhí)行reset之后pc會(huì)被清零，也就是reset中斷的中斷入口地址，因此，第一條指令就是b reset，跳轉(zhuǎn)到reset中斷處理函數(shù)。 （2）由于這里硬件配置都是C語(yǔ)言來(lái)完成的，而且我們的初始代碼比較小，完全不會(huì)超出4KB，因此可以在SRAM使用堆棧，故將SP設(shè)置為4096，以提供C運(yùn)行環(huán)境 （3）接下來(lái)的3個(gè)bl分別完成了關(guān)閉看門夠定時(shí)器，配置時(shí)鐘信號(hào)和存儲(chǔ)器配置的工作，第四個(gè)bl是將SRAM的4KB空間內(nèi)的代碼拷貝到了SDRAM中。 （4）接下來(lái)的ldr句將pc賦值為on_sdram的地址，實(shí)現(xiàn)了從SRAM到SDRAM的跳轉(zhuǎn)（下面會(huì)講為什么） （5）on_sdram中切換到了了系統(tǒng)模式然后分配了系統(tǒng)模式堆棧，將鏈接寄存器設(shè)置為halt_loop然后就跳轉(zhuǎn)到了SDRAM中的Main 上面的解釋只是大體上說(shuō)明了代碼的意思，但是初學(xué)者總會(huì)有個(gè)疑問(wèn)就是為什么ldr pc,=on_sdram就實(shí)現(xiàn)了從SRAM到SDRAM的跳轉(zhuǎn)呢？我被這個(gè)問(wèn)題困擾了很長(zhǎng)時(shí)間，到今天才想明白了這個(gè)問(wèn)題，問(wèn)題的關(guān)鍵就是相對(duì)跳轉(zhuǎn)和絕對(duì)跳轉(zhuǎn)的問(wèn)題。為了說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題我先解釋一下bl指令跟ldr指令在執(zhí)行過(guò)程中的區(qū)別。 B指令是相對(duì)跳轉(zhuǎn)指令，B 指令是最簡(jiǎn)單的跳轉(zhuǎn)指令。一旦遇到一個(gè) B 指令，ARM 處理器將立即跳轉(zhuǎn)到給定的目標(biāo)地址，從那里繼續(xù)執(zhí)行。注意存儲(chǔ)在跳轉(zhuǎn)指令中的實(shí)際值是相對(duì)當(dāng)前PC 值的一個(gè)偏移量，而不是一個(gè)絕對(duì)地址，它的值由匯編器來(lái)計(jì)算（參考尋址方式中的相對(duì)尋址）。它是 24 位有符號(hào)數(shù)，左移兩位后有符號(hào)擴(kuò)展為 32 位，表示的有效偏移為 26 位(前后32MB 的地址空間)，同樣的，BL、BX都是相對(duì)跳轉(zhuǎn)。 LDR偽指令是將第二操作直接賦值給第一操作數(shù)，當(dāng)執(zhí)行l(wèi)dr pc,=Main時(shí)是將Main的絕對(duì)地址賦值給了PC。 好了，知道這兩個(gè)指令的區(qū)別之后我們來(lái)看代碼是如何實(shí)現(xiàn)的從SRAM到SDRAM的跳轉(zhuǎn)，首先需要指出，2440的開發(fā)板有SRAM和SDRAM，SRAM是從地址0x00000000開始的4KB內(nèi)存空間，SDRAM是從0x30000000開始的64M空間。 無(wú)論用ADS編譯還是用arm-linux-gcc編譯都會(huì)將代碼鏈接到0x30000000以后（也就是SDRAM中），ADS用戶可以通過(guò)查看ADS的工程配置，其中有項(xiàng)配置是RO起始地址是0x30000000，linux用戶在鏈接時(shí)需要用-T指定代碼的其實(shí)地址為0x30000000。 根據(jù)編譯原理，在鏈接階段程序中函數(shù)的地址就已經(jīng)確定了，也就是說(shuō)函數(shù)的實(shí)際地址都在0x30000000之后，而程序的入口函數(shù)也就是這里的_start的地址就是0x300000000，其他函數(shù)都會(huì)大于這個(gè)數(shù)。 但是由于arm上電后系統(tǒng)會(huì)將Nand flash的前4KB代碼拷貝到SRAM中，也就是_start函數(shù)開始的4KB指令將被拷貝到SRAM中執(zhí)行，根據(jù)上例，在0x00000000處執(zhí)行的指令就是“b reset”，由于b是相對(duì)跳轉(zhuǎn)，是在當(dāng)前pc值的基礎(chǔ)上加減某個(gè)數(shù)而跳轉(zhuǎn)到將要執(zhí)行的代碼處，因此，pc加減該數(shù)之后將到達(dá)reset函數(shù)的位置，故reset函數(shù)不能寫到4KB之外的空間中，否則arm的啟動(dòng)將會(huì)失敗，同樣的，接下來(lái)的幾個(gè)bl都是執(zhí)行的相對(duì)跳轉(zhuǎn)，所以都相對(duì)當(dāng)前pc進(jìn)行的跳轉(zhuǎn)，由于Nand flash總共只有64M的空間，所以相對(duì)跳轉(zhuǎn)是不可能會(huì)跳轉(zhuǎn)到SDRAM的，因?yàn)樘D(zhuǎn)到SDRAM至少要發(fā)生0x30000000的跳轉(zhuǎn)，而這個(gè)相對(duì)位移遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于64M。 而ldr pc,=Main是將Main函數(shù)的實(shí)際地址賦值給pc，而Main的實(shí)際地址是在0x30000000之后，這樣，就從SRAM跳轉(zhuǎn)到了SDRAM。 由于這個(gè)過(guò)程設(shè)計(jì)到了硬件格局和編譯原理，所以對(duì)一般人來(lái)講，理解起來(lái)確實(shí)比較困難，而且受本人水平限制，很多地方只能說(shuō)是只可意會(huì)不可言傳，如果誤導(dǎo)了大家請(qǐng)大家諒解。當(dāng)然如果看到這里還不能理解arm的啟動(dòng)過(guò)程可以聯(lián)系QQ630905224來(lái)討論這個(gè)問(wèn)題。下面是相關(guān)的其他代碼，我附在這里，2440addr.h沒有貼出，由于我也是使用arm自帶示例程序中的代碼，而且代碼有四千多行，多數(shù)地址是沒有用到的，如果有人需要就聯(lián)系我的QQ吧。其他的代碼如下 代碼Init.s- #include "2440addr.h"
- void disable_watch_dog(void);
- void clock_init(void);
- void memsetup(void);
- void copy_steppingstone_to_sdram(void);
- void inituart(void);
- void disable_watch_dog(void)
- {
- rWTCON = 0;
- }
- void clock_init(void)
- {
- rCLKDIVN = 0x03;
- /*
- *如果HDIVN非0，CPU的總線模式應(yīng)該從
- *“fast bus mode”變?yōu)椤癮synchronous
- *bus mode”
- */
- __asm__(
- "mrc p15, 0, r1, c1, c0, 0\n"
- "orr r1, r1, #0xc0000000\n"
- "mcr p15, 0, r1, c1, c0, 0\n"
- );
- rMPLLCON = (92<<12)|(1<<4)|(2);
- //rMPLLCON = ((0x5c<<12)|(0x01<<4)|(0x02));
- }
- void memsetup(void)
- {
- volatile unsigned long *p = (volatile unsigned long *)0x48000000;
- /* 這個(gè)函數(shù)之所以這樣賦值，而不是像前面的實(shí)驗(yàn)(比如mmu實(shí)驗(yàn))那樣將配置值
- * 寫在數(shù)組中，是因?yàn)橐伞蔽恢脽o(wú)關(guān)的代碼”，使得這個(gè)函數(shù)可以在被復(fù)制到
- * SDRAM之前就可以在steppingstone中運(yùn)行
- */
- /* 存儲(chǔ)控制器13個(gè)寄存器的值 */
- p[0] = 0x22011110; //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
- /* REFRESH,
- * HCLK=12MHz: 0x008C07A3,
- * HCLK=100MHz: 0x008C04F4
- */
- p[9] = 0x008C04F4;
- p[10] = 0x000000B1; //BANKSIZE
- p[11] = 0x00000030; //MRSRB6
- p[12] = 0x00000030; //MRSRB7
- }
- void copy_steppingstone_to_sdram(void)
- {
- unsigned int *pdwSrc = (unsigned int *)0;
- unsigned int *pdwDest = (unsigned int *)0x30000000;
- while (pdwSrc < (unsigned int *)4096)
- {
- *pdwDest = *pdwSrc;
- pdwDest++;
- pdwSrc++;
- }
- }
=======================================================================
一般而言，一個(gè)程序包括只讀的代碼段和可讀寫的數(shù)據(jù)段。在ARM的集成開發(fā)環(huán)境中，只讀的代碼段和常量被稱作RO段(ReadOnly)；可讀寫的全局變量和靜態(tài)變量被稱作RW段(ReadWrite)；RW段中要被初始化為零的變量被稱為ZI段(ZeroInit)。對(duì)于嵌入式系統(tǒng)而言，程序映象都是存儲(chǔ)在Flash存儲(chǔ)器等一些非易失性器件中的，而在運(yùn)行時(shí)，程序中的RW段必須重新裝載到可讀寫的RAM中。這就涉及到程序的加載時(shí)域和運(yùn)行時(shí)域。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，程序的加載時(shí)域就是指程序燒入Flash中的狀態(tài)，運(yùn)行時(shí)域是指程序執(zhí)行時(shí)的狀態(tài)。對(duì)于比較簡(jiǎn)單的情況，可以在ADS集成開發(fā)環(huán)境的ARM LINKER選項(xiàng)中指定RO BASE和RW BASE，告知連接器RO和RW的連接基地址。對(duì)于復(fù)雜情況，如RO段被分成幾部分并映射到存儲(chǔ)空間的多個(gè)地方時(shí)，需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)稱為“分布裝載描述文件”的文本文件，通知連接器把程序的某一部分連接在存儲(chǔ)器的某個(gè)地址空間。需要指出的是，分布裝載描述文件中的定義要按照系統(tǒng)重定向后的存儲(chǔ)器分布情況進(jìn)行。在引導(dǎo)程序完成初始化的任務(wù)后，應(yīng)該把主程序轉(zhuǎn)移到RAM中去運(yùn)行，以加快系統(tǒng)的運(yùn)行速度。
什么是arm的映像文件，arm映像文件其實(shí)就是可執(zhí)行文件，包括bin或hex兩種格式，可以直接燒到rom里執(zhí)行。在axd調(diào)試過(guò)程中，我們調(diào)試的是axf文件，其實(shí)這也是一種映像文件，它只是在bin文件中加了一個(gè)文件頭和一些調(diào)試信息。映像文件一般由域組成，域最多由三個(gè)輸出段組成(RO,RW,ZI)組成，輸出段又由輸入段組成。所謂域，指的就是整個(gè)bin映像文件所處在的區(qū)域，它又分為加載域和運(yùn)行域。加載域就是映像文件被靜態(tài)存放的工作區(qū)域，一般來(lái)說(shuō)flash里的 整個(gè)bin文件所在的地址空間就是加載域，當(dāng)然在程序一般都不會(huì)放在 flash里執(zhí)行，一般都會(huì)搬到sdram里運(yùn)行工作，它們?cè)诒话岬絪dram里工作所處的地址空間就是運(yùn)行域。
我們輸入的代碼，一般有代碼部分和數(shù)據(jù)部分，這就是所謂的輸入段，經(jīng)過(guò)編譯后就變成了bin文件中ro段和rw段，還有所謂的zi段，這就是輸出段。對(duì)于加載域中的輸出段，一般來(lái)說(shuō)ro段后面緊跟著rw段，rw段后面緊跟著zi段。在運(yùn)行域中這些輸出段并不連續(xù)，但rw和zi一定是連著的。zi段和rw段中的數(shù)據(jù)其實(shí)可以是rw屬性。
| Image
Base| |Image
Limit| |Image
Base| |Image
Base| |Image
Limit|這幾個(gè)變量是編譯器通知的，我們?cè)?makefile文件中可以看到它們的值。它們指示了在運(yùn)行域中各個(gè)輸出段所處的地址空間。| Image
Base| 就是ro段在運(yùn)行域中的起始地址，|Image
Limit| 是ro段在運(yùn)行域中的截止地址。其它依次類推。我們可以在linker的output中指定，在 simple模式中，ro base對(duì)應(yīng)的就是| Image
Base|，rw base 對(duì)應(yīng)的是|Image
Base|，由于rw和zi相連，|Image
Base| 就等于|Image
limit| .其它的值都是編譯器自動(dòng)計(jì)算出來(lái)的。
下面是2410啟動(dòng)代碼的搬運(yùn)部分，我給出注釋
BaseOfROM DCD |Image
Base|
TopOfROM DCD |Image
Limit|
BaseOfBSS DCD |Image
Base|
BaseOfZero DCD |Image
Base|
EndOfBSS DCD |Image
Limit|
adr r0, ResetEntry; ResetEntry是復(fù)位運(yùn)行時(shí)域的起始地址，在boot nand中一般是0
ldr r2, BaseOfROM;
cmp r0, r2
ldreq r0, TopOfROM;TopOfROM=0x30001de0，代碼段地址的結(jié)束
beq InitRam
ldr r3, TopOfROM
；part 1，通過(guò)比較，將ro搬到sdram里，搬到的目的地址從 | Image
Base| 開始，到|Image
Limit|結(jié)束
0
ldmia r0!, {r4-r7}
stmia r2!, {r4-r7}
cmp r2, r3
bcc %B0;
；part 2，搬rw段到sdram，目的地址從|Image
Base| 開始，到|Image
Base|結(jié)束
sub r2, r2, r3;r2=0
sub r0, r0, r2
InitRam ;carry rw to baseofBSS
ldr r2, BaseOfBSS ;TopOfROM=0x30001de0,baseofrw
ldr r3, BaseOfZero ;BaseOfZero=0x30001de0
0
cmp r2, r3
ldrcc r1, [r0], #4
strcc r1, [r2], #4
bcc %B0
；part 3，將sdram zi初始化為0，地址從|Image
Base|到|Image
Limit|
mov r0, #0;init 0
ldr r3, EndOfBSS;EndOfBSS=30001e40
1
cmp r2, r3
strcc r0, [r2], #4
bcc %B1
------------------------------------------------------------
一 概述
Scatter file (分散加載描述文件)用于armlink的輸入?yún)?shù)，他指定映像文件內(nèi)部各區(qū)域的download與運(yùn)行時(shí)位置。Armlink將會(huì)根據(jù)scatter file生成一些區(qū)域相關(guān)的符號(hào)，他們是全局的供用戶建立運(yùn)行時(shí)環(huán)境時(shí)使用。（注意：當(dāng)使用了scatter file 時(shí)將不會(huì)生成以下符號(hào) Image
Base, Image
Limit, Image
Base, Image
Limit, Image
Base, and Image
Limit）
二 什么時(shí)候使用scatter file
當(dāng)然首要的條件是你在利用ADS進(jìn)行項(xiàng)目開發(fā)，下面我們看看更具體的一些情況。
1 存在復(fù)雜的地址映射：例如代碼和數(shù)據(jù)需要分開放在在多個(gè)區(qū)域。
2 存在多種存儲(chǔ)器類型：例如包含 Flash,ROM,SDRAM,快速SRAM。我們根據(jù)代碼與數(shù)據(jù)的特性把他們放在不同的存儲(chǔ)器中，比如中斷處理部分放在快速SRAM內(nèi)部來(lái)提高響應(yīng)速度，而把不常用到的代碼放到速度比較慢的Flash內(nèi)。
3 函數(shù)的地址固定定位：可以利用Scatter file實(shí)現(xiàn)把某個(gè)函數(shù)放在固定地址，而不管其應(yīng)用程序是否已經(jīng)改變或重新編譯。
4 利用符號(hào)確定堆與堆棧：
5 內(nèi)存映射的IO：采用scatter file可以實(shí)現(xiàn)把某個(gè)數(shù)據(jù)段放在精確的地指處。
因此對(duì)于嵌入式系統(tǒng)來(lái)說(shuō)scatter file是必不可少的，因?yàn)榍度胧较到y(tǒng)采用了ROM，RAM，和內(nèi)存映射的IO。
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