S3C2440快速启动的实现

 

S3C2440 是三星公司基于 ARM920T 设计的一款处理器，在开发基于S3C2440 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。
  LDR r0, =|Image$$RO$$Base| /*RO 段起始地址 */
  LDR r1, =|Image$$RO$$Limit| /*RO 段结束地址 */
  LDR r2, =|Image$$RW$$Base|
  LDR r3, =|Image$$RW$$Limit|
  /* 分别求出需要映像的代码和数据的长度并累加，放到寄存器 R1 中 */
  SUB r1, r1, r0
  SUB r3, r3, r2
  ADD r1, r1, r3
  /* 将需要映象的代码和数据复制到 RAM 中去 */
  0 /* 标示符 */
  LDR r3, [r0], #4
  STR r3, [r2], #4
  SUBS r1, r1, #4
  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。
  b ResetHandler
  b HandlerUndef /* 未定义模式句柄 */
  b HandlerSWI /*SWI 中断句柄 */
  b HandlerPabort /*PAbort 中断句柄 */
  b HandlerDabort /*Dabort 中断句柄 */
  b. /* 保留 */
  b HandlerIRQ /*IRQ 中断句柄 */
  b HandlerFIQ /*FIQ 中断句柄 */
  HandlerFIQ HANDLER HandleFIQ
  HandlerIRQ HANDLER HandleIRQ
  HandlerUndef HANDLER HandleUndef
  HandlerSWI HANDLER HandleSWI
  HandlerDabort HANDLER HandleDabort
  HandlerPabort HANDLER HandlePabort
  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 。
  ^ _ISR_STARTADDRESS
  HandleReset # 4
  HandleUndef # 4
  HandleSWI # 4
  HandlePabort # 4
  HandleDabort # 4
  HandleReserved # 4
  HandleIRQ # 4
  HandleFIQ # 4
• 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。

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