Eclipse开发调试ARM裸机程序(五)MMU调试

Eclipse开发调试ARM裸机程序(五)MMU调试
 

         代码如下:
@*************************************************************************
@ File:head.S
@ 功能:设置SDRAM,将第二部分代码复制到SDRAM,设置页表,启动MMU,
@       然后跳到SDRAM继续执行
@*************************************************************************
@head.S
.text
.global _start
_start:
    ldr sp, =4096                       @ 设置栈指针,以下都是C函数,调用前需要设好栈
    bl  disable_watch_dog               @ 关闭WATCHDOG,否则CPU会不断重启
    bl  memsetup                        @ 设置存储控制器以使用SDRAM
    bl  copy_2th_to_sdram               @ 将第二部分代码复制到SDRAM
    bl  create_page_table               @ 设置页表
    bl  mmu_init                        @ 启动MMU
    ldr sp, =0xB4000000                 @ 重设栈指针,指向SDRAM顶端(使用虚拟地址)
    ldr pc, =0xB0004000                 @ 跳到SDRAM中继续执行第二部分代码
halt_loop:
    b   halt_loop

/*
 * init.c: 进行一些初始化,在Steppingstone中运行
 * 它和head.S同属第一部分程序,此时MMU未开启,使用物理地址
 */ 

/* WATCHDOG寄存器 */
#define WTCON           (*(volatile unsigned long *)0x53000000)
/* 存储控制器的寄存器起始地址 */
#define MEM_CTL_BASE    0x48000000


/*
 * 关闭WATCHDOG,否则CPU会不断重启
 */
void disable_watch_dog(void)
{
    WTCON = 0;  // 关闭WATCHDOG很简单,往这个寄存器写0即可
}

/*
 * 设置存储控制器以使用SDRAM
 */
void memsetup(void)
{
    /* SDRAM 13个寄存器的值 */
    unsigned long  const    mem_cfg_val[]={ 0x22011110,     //BWSCON
                                            0x00000700,     //BANKCON0
                                            0x00000700,     //BANKCON1
                                            0x00000700,     //BANKCON2
                                            0x00000700,     //BANKCON3  
                                            0x00000700,     //BANKCON4
                                            0x00000700,     //BANKCON5
                                            0x00018005,     //BANKCON6
                                            0x00018005,     //BANKCON7
                                            0x008C07A3,     //REFRESH
                                            0x000000B1,     //BANKSIZE
                                            0x00000030,     //MRSRB6
                                            0x00000030,     //MRSRB7
                                    };
    int     i = 0;
    volatile unsigned long *p = (volatile unsigned long *)MEM_CTL_BASE;
    for(; i < 13; i++)
        p[i] = mem_cfg_val[i];
}

/*
 * 将第二部分代码复制到SDRAM
 */
void copy_2th_to_sdram(void)
{
    unsigned int *pdwSrc  = (unsigned int *)2048;
    unsigned int *pdwDest = (unsigned int *)0x30004000;
    
    while (pdwSrc < (unsigned int *)4096)
    {
        *pdwDest = *pdwSrc;
        pdwDest++;
        pdwSrc++;
    }
}

/*
 * 设置页表
 */
void create_page_table(void)
{

/* 
 * 用于段描述符的一些宏定义
 */ 
#define MMU_FULL_ACCESS     (3 << 10)   /* 访问权限 */
#define MMU_DOMAIN          (0 << 5)    /* 属于哪个域 */
#define MMU_SPECIAL         (1 << 4)    /* 必须是1 */
#define MMU_CACHEABLE       (1 << 3)    /* cacheable */
#define MMU_BUFFERABLE      (1 << 2)    /* bufferable */
#define MMU_SECTION         (2)         /* 表示这是段描述符 */
#define MMU_SECDESC         (MMU_FULL_ACCESS | MMU_DOMAIN | MMU_SPECIAL | \
                             MMU_SECTION)
#define MMU_SECDESC_WB      (MMU_FULL_ACCESS | MMU_DOMAIN | MMU_SPECIAL | \
                             MMU_CACHEABLE | MMU_BUFFERABLE | MMU_SECTION)
#define MMU_SECTION_SIZE    0x00100000

    unsigned long virtuladdr, physicaladdr;
    unsigned long *mmu_tlb_base = (unsigned long *)0x30000000;
    
    /*
     * Steppingstone的起始物理地址为0,第一部分程序的起始运行地址也是0,
     * 为了在开启MMU后仍能运行第一部分的程序,
     * 将0~1M的虚拟地址映射到同样的物理地址
     */
    virtuladdr = 0;
    physicaladdr = 0;
    *(mmu_tlb_base + (virtuladdr >> 20)) = (physicaladdr & 0xFFF00000) | \
                                            MMU_SECDESC_WB;

    /*
     * 0x56000000是GPIO寄存器的起始物理地址,
     * GPBCON和GPBDAT这两个寄存器的物理地址0x56000010、0x56000014,
     * 为了在第二部分程序中能以地址0xA0000010、0xA0000014来操作GPBCON、GPBDAT,
     * 把从0xA0000000开始的1M虚拟地址空间映射到从0x56000000开始的1M物理地址空间
     */
    virtuladdr = 0xA0000000;
    physicaladdr = 0x56000000;
    *(mmu_tlb_base + (virtuladdr >> 20)) = (physicaladdr & 0xFFF00000) | \
                                            MMU_SECDESC;

    /*
     * SDRAM的物理地址范围是0x30000000~0x33FFFFFF,
     * 将虚拟地址0xB0000000~0xB3FFFFFF映射到物理地址0x30000000~0x33FFFFFF上,
     * 总共64M,涉及64个段描述符
     */
    virtuladdr = 0xB0000000;
    physicaladdr = 0x30000000;
    while (virtuladdr < 0xB4000000)
    {
        *(mmu_tlb_base + (virtuladdr >> 20)) = (physicaladdr & 0xFFF00000) | \
                                                MMU_SECDESC_WB;
        virtuladdr += 0x100000;
        physicaladdr += 0x100000;
    }
}

/*
 * 启动MMU
 */
void mmu_init(void)
{
    unsigned long ttb = 0x30000000;

__asm__(
    "mov    r0, #0\n"
    "mcr    p15, 0, r0, c7, c7, 0\n"    /* 使无效ICaches和DCaches */
    
    "mcr    p15, 0, r0, c7, c10, 4\n"   /* drain write buffer on v4 */
    "mcr    p15, 0, r0, c8, c7, 0\n"    /* 使无效指令、数据TLB */
    
    "mov    r4, %0\n"                   /* r4 = 页表基址 */
    "mcr    p15, 0, r4, c2, c0, 0\n"    /* 设置页表基址寄存器 */
    
    "mvn    r0, #0\n"                   
    "mcr    p15, 0, r0, c3, c0, 0\n"    /* 域访问控制寄存器设为0xFFFFFFFF,
                                         * 不进行权限检查
                                         */    
    /* 
     * 对于控制寄存器,先读出其值,在这基础上修改感兴趣的位,
     * 然后再写入
     */
    "mrc    p15, 0, r0, c1, c0, 0\n"    /* 读出控制寄存器的值 */
    
    /* 控制寄存器的低16位含义为:.RVI ..RS B... .CAM
     * R : 表示换出Cache中的条目时使用的算法,
     *     0 = Random replacement;1 = Round robin replacement
     * V : 表示异常向量表所在的位置,
     *     0 = Low addresses = 0x00000000;1 = High addresses = 0xFFFF0000
     * I : 0 = 关闭ICaches;1 = 开启ICaches
     * R、S : 用来与页表中的描述符一起确定内存的访问权限
     * B : 0 = CPU为小字节序;1 = CPU为大字节序
     * C : 0 = 关闭DCaches;1 = 开启DCaches
     * A : 0 = 数据访问时不进行地址对齐检查;1 = 数据访问时进行地址对齐检查
     * M : 0 = 关闭MMU;1 = 开启MMU
     */
    
    /*  
     * 先清除不需要的位,往下若需要则重新设置它们
     */
                                        /* .RVI ..RS B... .CAM */ 
    "bic    r0, r0, #0x3000\n"          /* ..11 .... .... .... 清除V、I位 */
    "bic    r0, r0, #0x0300\n"          /* .... ..11 .... .... 清除R、S位 */
    "bic    r0, r0, #0x0087\n"          /* .... .... 1... .111 清除B/C/A/M */

    /*
     * 设置需要的位
     */
    "orr    r0, r0, #0x0002\n"          /* .... .... .... ..1. 开启对齐检查 */
    "orr    r0, r0, #0x0004\n"          /* .... .... .... .1.. 开启DCaches */
    "orr    r0, r0, #0x1000\n"          /* ...1 .... .... .... 开启ICaches */
    "orr    r0, r0, #0x0001\n"          /* .... .... .... ...1 使能MMU */
    
    "mcr    p15, 0, r0, c1, c0, 0\n"    /* 将修改的值写入控制寄存器 */
    : /* 无输出 */
    : "r" (ttb) );
}

/*
 * leds.c: 循环点亮4个LED
 * 属于第二部分程序,此时MMU已开启,使用虚拟地址
 */ 

#define GPBCON      (*(volatile unsigned long *)0xA0000010)     // 物理地址0x56000010
#define GPBDAT      (*(volatile unsigned long *)0xA0000014)     // 物理地址0x56000014

#define GPB5_out    (1<<(5*2))
#define GPB6_out    (1<<(6*2))
#define GPB7_out    (1<<(7*2))
#define GPB8_out    (1<<(8*2))

/*
 * wait函数加上“static inline”是有原因的,
 * 这样可以使得编译leds.c时,wait嵌入main中,编译结果中只有main一个函数。
 * 于是在连接时,main函数的地址就是由连接文件指定的运行时装载地址。
 * 而连接文件mmu.lds中,指定了leds.o的运行时装载地址为0xB4004000,
 * 这样,head.S中的“ldr pc, =0xB4004000”就是跳去执行main函数。
 *
 * 加volatile的原因是mini2440上带的arm-linux-gcc 4.4.3 会将其优化掉
 * 造成看不到效果 只是全亮 加上volatile就不会优化掉了。
 */
static inline void wait(volatile unsigned long dly)
{
    for(; dly > 0; dly--);
}

int main(void)
{
    unsigned long i = 0;
    
    // 将LED1-4对应的GPB5/6/7/8四个引脚设为输出
    GPBCON = GPB5_out|GPB6_out|GPB7_out|GPB8_out;       

    while(1){
        wait(30000);
        GPBDAT = (~(i<<5));     // 根据i的值,点亮LED1-4
        if(++i == 16)
            i = 0;
    }

    return 0;
}

#Makefile
objs := head.o init.o leds.o


all : mmu.bin
mmu.bin : $(objs)
	arm-linux-ld -Tmmu.lds -o mmu_elf $^
	arm-linux-objcopy -O binary -S mmu_elf $@
	arm-linux-objdump -D -m arm mmu_elf > mmu.dis
	
%.o:%.c
	arm-linux-gcc -g -Wall -O2 -c -o $@ $<

%.o:%.S
	arm-linux-gcc -g -Wall -O2 -c -o $@ $<

clean:
	rm -f mmu.bin mmu_elf mmu.dis *.o		
	

/* mmu.lds
 * 这个不可以调试,会直接运行
 * 
 */
SECTIONS 
{ 
  firtst    0x00000000 : { head.o init.o }
  second    0xB0004000 : AT(2048) { leds.o }
}

/*
 * 这个链接脚本可以调试led以前的程序
 * 到led就不看到效果的。现在没有能力达到两全其美的高度
 */

/*
ENTRY(_start)
SECTIONS {
 
        . = 0x00000000;
        . = ALIGN(4);
       	.text :
        {
                head.o     (.text)
                init.o     (.text)
                leds.o	   (.text)
        }

}
*/

          对比的拷贝代码,结果是一样的,并且还知道了原来eclipse调试显示的内存也是虚拟地址。不过说是内部存储器地址。
          从0x800处拷贝到了0xb0004000处,截图对比:
          
          Eclipse开发调试ARM裸机程序(五)MMU调试_第1张图片          
          这也算第一次真真切切的接触MMU,韦东山讲的真好,很是透彻。链接脚本的问题没有解决,不能调试运行同兼得。
          
          另外说说今天调试遇到的问题:调试时候出现的Program received signal SIGTRAP, Trace/breakpoint trap的错误。经过总结原因有2,1是编译时候没有加-g选项;2是链接脚本的问题(正如上边脚本中的注释,原理还不能解释)。


你可能感兴趣的:(Eclipse开发调试ARM裸机程序(五)MMU调试)