基于A(yíng)RM體系的嵌入式系統BSP的程序設計

摘要：在介紹基于A(yíng)RM體系的嵌入式系統啟動(dòng)流程的基礎上，結合編程實(shí)例，詳細、系統地敘述了BSP（板級支持包）程序的各個(gè)組成部分及其具體設計方案，并就實(shí)際程序設計中的幾個(gè)難點(diǎn)問(wèn)題做了說(shuō)明。

ARM公司在32位RISC的CPU開(kāi)發(fā)領(lǐng)域不斷取得突破，其結構已經(jīng)從V3發(fā)展到V6。

BSP（Board Support Package）板級支持包介于主板硬件和操作系統之間，其功能與PC機上的BIOS相類(lèi)似，主要完成硬件初始化并切換到相應的操作系統。BSP是相對于操作系統而言的，不同的操作系統對應于不同定義形式的BSP，例如VxWorks的BSP和Linux的BSP相對于某一CPU來(lái)說(shuō)，盡管實(shí)現的功能一樣，可是寫(xiě)法和接口定義是完全不同的。另外，仔細研究所用的芯片資料也十分重要，例如盡管ARM在內核上兼容，但每家芯片都有自己的特色。所以這就要求BSP程序員對硬件、軟件和操作系統都要有一定的了解。

本文介紹基于A(yíng)RM體系的嵌入式應用系統初始化部分BSP的程序設計。本文引用的源碼全部是基于HMS320C7202芯片設計，并已成功運行。

1 初始化過(guò)程

盡管各種嵌入式應用系統的結構及功能差別很大，但其系統初始化部分完成的操作有很大一部分是相似的。嵌入式系統的啟動(dòng)流程如圖1所示。

1.1 設置入口指針

啟動(dòng)程序首先必須定義指針，而且整個(gè)應用程序只有一個(gè)入口指針。一般地，程序在編譯鏈接時(shí)將異常中斷向量表鏈接在0地址處，并且作為整個(gè)程序入口點(diǎn)。入口點(diǎn)代碼如下：

ENTRY（_start） ；開(kāi)始

1.2 設置異常中斷向量表

ARM要求中斷向量表必須放置在從0開(kāi)始、連續8×4字節的空間內。各異常中斷向量地址以及中斷的算是優(yōu)先級如表1：

表1 各異常中斷的中斷向量地址以及中斷的處理優(yōu)先級

中斷向量地址異常中斷類(lèi)型異常中斷模式優(yōu)先級（6最低）0x0復位特權模式（SVC）10x4未定義中斷未定義指令中止模式（Undef)60x8軟件中斷（SWI）特權模式（SVC）60x0c指令預取中止中止模式50x10數據訪(fǎng)問(wèn)中止中止模式20x14保留未使用未使用0x18外部中斷請求（IRQ）外部中斷（IRQ）模式40x1c快速中斷請求（FIQ）快速中斷（FIQ）模式3

每當一個(gè)中斷發(fā)生后，ARM處理器便強制把程序計數器（PC）指針置為向量表中對應中斷類(lèi)型的地址值。因為每個(gè)中斷向量?jì)H占據放置1條ARM指令的空間，所以通常放置1條跳轉指令或向程序計數器（PC）寄存器賦值的數據訪(fǎng)問(wèn)指令，使程序跳轉到相應的異常中斷處理程序執行。如果異常中斷處理程序起始地址小于32MB，使用B跳轉指令；如果跳轉范圍大于32MB，使用LDR指令。

另外，對于各未用中斷，可使其指向一個(gè)只含返回指令的啞函數，以防止錯誤中斷引起系統的混亂。

1.3 初始化存儲系統

初始化存儲系統的編程對象是系統的存儲器控制器，一個(gè)系統可能存在多種存儲器類(lèi)型的接口，不同的存儲系統的設計不盡相同。Flash和SRAM同屬于靜態(tài)存儲器類(lèi)型，可以合用一個(gè)存儲器端口；而DRAM因為有動(dòng)態(tài)刷新和地址線(xiàn)復用等特性，通常配有專(zhuān)用的存儲器端口。其中，SDRAM必須在初始化階段進(jìn)行設置，因為大部分的程序代碼和數據都要在SDRAM中運行。

在HMS30C7202中，與SDRAM配置有關(guān)的寄存器有4個(gè)：配置寄存器、刷新定時(shí)寄存器、寫(xiě)緩沖寫(xiě)回寄存器和等待驅動(dòng)寄存器，需要根據實(shí)際的系統設計對此分別加以正確配置。

SDRAM的初始化過(guò)程如下：加電→延遲10ms（各具體SDRAM器件延時(shí)時(shí)間可能不同）→設置配置寄存器參數→延時(shí)→寫(xiě)刷新定時(shí)寄存器，設置刷新周期→延時(shí)→使能自動(dòng)刷新→延時(shí)→設置模式寄存器（位于SDRAM內部）。

1.4 存儲器地址分布重映射（remap）和MMU

系統一上電，程序將自動(dòng)從0地址處開(kāi)始執行。因此，必須保證在0地址處存在正確的代碼，即要求0地址開(kāi)始入是非易失性的ROM或Flash等。但是因為ROM或Flash的訪(fǎng)問(wèn)速度相對較慢，每次中斷響應發(fā)生后，都要從讀取ROM或Flash上面的向量表開(kāi)始，影響了中斷響應速度。一般程序執行后將SDRAM映射為地址0，并把系統程序加載到SDRAM中運行，其具體步驟可以采用以下的方案：

（1）上電后，從0地址的ROM開(kāi)始往下執行；

（2）根據映射前的地址，對SDRAM進(jìn)行必要的代碼和數據拷貝；

（3）拷貝完成后，進(jìn)行重映射操作；

（4）因為RAM在重映射前準備好了內容，使得PC指針能繼續在RAM里取得正確的指令。

在這種地址映射的變化過(guò)程中，程序員需要仔細考慮的是：程序的執行流程不能被這種變化所打斷，注意保證程序流程在重映射前后的承接關(guān)系。

存儲器的地址分配是很靈活的，可以將I/O操作映射成內存操作，也可以通過(guò)映射對某些不可訪(fǎng)問(wèn)的地址空間進(jìn)行保護等。進(jìn)行存儲器初始化設計時(shí)，一定要根據應用程序的具體要求來(lái)完成地址分配。對地址管理通過(guò)MMU即存儲器管理單元實(shí)現。

在A(yíng)RM系統中，MMU通過(guò)頁(yè)式虛擬存儲管理，將虛擬空間和物理空間分別分成一個(gè)個(gè)固定大小的頁(yè)，并建立兩者之間的映射關(guān)系，從而實(shí)現虛擬地址到物理地址的轉換。MMU還可完成存儲器訪(fǎng)問(wèn)權限的控制和虛擬存儲器空間緩沖特性的設置。

以下是實(shí)現MMU的部分代碼：

for=(i=1;i

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