2410啟動代碼的分析

changyongid

說明：
其實阿南的書里已經分析的很清楚了。這里再記錄下來就顯得啰嗦了。好吧，就讓它啰嗦吧……



板子上電，那么cpu從地址0開始取得指令，然后一步一步的按照我們的程序執行下去。我們試著來畫一下程序最開始時運行的流程圖。



那么可以從上面圖里看出，程序第一條指令執行的就是  b
ResetHandler  。即跳入我們正常執行程序里。那么這指令的下面，就是一些異常的入口。
這個異常入應該很好理解，每當異常發生時，cpu就會自動跳到相應的地址上來。比如，現在發生了一個外部中斷IRQ，那么cpu就會自動的跳到 0x00000018 這個地址來掃行指令。在上面的中斷向量表里，正好可以看到 0x00000018 這個地址里的指令是 b
HandlerIRQ，即跳到HandlerIRQ 這個位置去。那么只要我們在 HandlerIRQ 下面放上我們的IRQ 處理子程序，就可以了。
關于中斷，在下面再討論。現在我們給板子上電了，那么它就執行最開始的一條指令 b
ResetHandler 。即我們要跳到 ResetHandler 這個位置去執行程序。

再來畫一下 ResetHandler 的簡易流程圖。



上面各步驟我給標了號，是為了方便對各子程序的分析，并不是刻意指它們之間的執行順序。


1. 關看門狗
代碼很簡單，就是對控制看門狗的特殊功能寄存器賦值。
為什么關掉看門狗呢？
其實就是為了防止看門狗計數溢出，引起系統再次復位，
因為此時我們還沒有完成我們對系統的初始化。




2. 關中斷
如右邊的代碼，給相應寄存器賦值即可。
具體的可以看2410的數據手冊。
為中斷源比較多，所以它的控制起來會顯得復雜一些。


3. 系統時鐘初始化



對MPLLCON 寄存器賦初值來產生相應的頻率。

由于設定好MPLLCON寄存器之后，cpu還需要一段時間才能產生穩定的頻率輸出。

那么這段時間如果來設定呢？就是通過設定LOCKTIME寄存器來設定的。
具體可參考數據手冊。

4. 判斷此次啟動是否是從掉電模式喚醒

這里是通過判斷GSTATUS2 這個寄存器里的bit1 位來確定的。GSTATUS2 具體的說明如下：



可以看到，如果bit1 位為0，則說明此次的啟動是從掉電模式喚醒。對于喚醒，程序的執行是不同的，因為喚醒時不需要進行下面的 5 6 7……步驟，在此就直接跳入醒前的狀態開始執行。
若bit1位為1，則我們繼續下面的5 6 7……步驟。

5. 初始化內存控制器




這里是在對SDRAM 控制器的相關寄存器賦初始值，以控制它的工作模式。共有13個與SDRAM工作相關的寄存器，我們要一一對其賦值。
        從數據手冊里可以看到，Sdram的相關寄存器是連續排布的，從0x48000000的BWSCON開始，一直往高地址排布，共13個。那么我們利用它的連續排布，即可用循環的語句來初始化。
ldr r3, [r0], #4    即 r3 <- [r0],  r0 <- r0+4
這里r0為SMRDATA的地址。注意上面這句是基址變址尋址，里面包含了間接尋址。匯編里的尋址方式真是有些多，以后再好好整理下。
程序里我們可以看到，從SMRDATA往下，初始化了13個數據，這里即把這13個數據一一的賦值到 BWSCON 之后連續的13個寄存器里。

6. 初始化堆棧




         這里初始化的程序都在一個子程序里，這里
調用這個子程序。用了 bl ，說明子程序執行完
之后是可用 lr 來返回的。

對于堆棧的初始化，每個異常模式需要自己的獨立堆棧，恰好arm里每個異常模式有它自己的堆棧指針sp。對于不同模式，我們需要先設置程序狀態寄存器cpsr，使arm進入某個異常模式，這樣才能訪問到該模式的堆棧指針sp。
我們來看一下子程序是具體怎么執行的吧。


對cpsr的操作是采用“讀取-修改-寫入”的方式。即先用mrs讀出，再修改，最后用msr寫入cpsr。注意上面寫入時用的是cpsr_cxsf，下劃線_后面的表示的是“域”的意思，用于設定cpsr中需要操作的位。
c － control field mask byte (PSR[7:0]) 控制位域
        x － extension field mask byte (PSR[15:8])
        s － status field mask byte (PSR[23:16)
        f － flags field mask byte (PSR[31:24]).
比如 msr  cpsr_c, r1 表示只修改控制位，即cpsr的低8位。具體的可查看cpsr各位的定義。

進入了相應模式之后，再把值賦給sp即可。例如 ldr sp,=UndefStack
這里的 UndefStack 等地址已經定義好了。如下：（相當于宏定義一個數值而已）




7. 保存IRQ地址
這里將IRQ中斷處理程序的IsrIRQ標號導址保存到HandleIRQ中。
而HandleIRQ是什么呢？
程序里有這一句
HandleIRQ   #   4
預留出一個4字節（一個字）的地址出來，那么這個地址里現在存放的就是IsrIRQ 這個標號本身的值。（注意標號本身是代表一個地址。）
這里的操作涉及到如何找到中斷子程序，我們放在后面再來講。

changyongid

8. 運行域初始化




關于這一段代碼，書上已經講得很清楚了。具體的請看書。
不過理解起來確實需要費點力。主要是加載域和運行域的問題，還好之前讀uboot時也遇到過這個問題，研究了一番。這里談一點自己的理解，不知道對不對，還請指教。
1. 我們的程序都是放在Nandflash里的，而Nand flash里不能直接運行指令，2410內部的sram又只有4k。啟動時只能把nandflash里的前4k放到sram里執行。問題來了，我們的程序大于4k里，又要如何運使其正確運行呢？
很簡單，我們只需要在前4k的代碼里完成一個工作，即把我們所要運行的程序全都復制到sdram里去，最后再跳入sdram里執行程序就可以了。我們的Sdram有64M，足夠我們用了。
2. 這里我們的啟動程序只是把RWDATA復制到了sdram里，而沒有把code部分也復制到sdram里，所以，此時我們的整個程序不能大于4k，且程序運行時一直是在內部的sram里的。
3. 指定鏈接地址。
這里涉及到一個概念，就是“位置無關代碼”和“位置相關代碼”。
位置無關代碼，比如跳轉指令 b 。它就是一個位置無關代碼，它要跳轉的地址，是在執行這條指令的時候，根據當前的pc值計算出來的。所以b 這種跳轉方式稱為相對尋址，以當前的pc值 為基地址，加上一定量的偏移量，得到操作數的有效地址。位置無關代碼無論放在程序的哪里執行都可以。
位置相關代碼，比如 ldr
r0,=SMRDATA 就是一句位置相關代碼。SMRDATA的值是在鏈接后就已經確定了的。
假設這里我們的鏈接地址設為 0x30000000，鏈接完畢之后，SMRDATA的地址就已經確定了，假設為0x33ff0000。那么程序執行ldr
r0,=SMRDATA的時候，r0里的值就是0x33ff0000。如果我們沒有把程序復制到0x30000000的話，那么相對來說SMRDATA(0x33ff0000)地址里的值自然就是不正確的，不是我們所要的。

說起來確實有點麻煩，可能是我還沒能完全參透。要注意的是，即使我們把相關數據復制到了sdram里，但是鏈接的時候沒有指定正確的鏈接地址，cpu則不會找到正確的數據。

9. 跳入C程序
匯編語言與c語言混合編程。沒有涉及到參數的傳遞。由于是用的 bl ，跳指令 b 和bl只能向前或向后32M地址跳轉。所以Main程序還是在前4k里。

如果我們已經把程序復制到sdram里了，要跳到那里去，就得直接向pc寫值了。這樣可以完成前后的4g跳轉。


10 掉電喚醒。
直接跳轉到WAKEUP_POWER_OFF 程序段里。




看看數據手冊里關于從掉電喚醒過程的描述。書里也把過程描述的很清楚。這里就不廢話了。最后進入程序里StartPointAfterPowerOffWakeUp這個位置開始繼續執行。





11. 進入掉電模式。
這個過程在流程圖里沒畫出來。
當我們的主程序執行時，如果我們要進入掉電模式的話，這該怎么辦呢？
回過頭我們去看下啟動代碼里中斷向量表下面，可見，緊接著中斷向量表的是b
EnterPWDN
那么，這條指令所在的位置也就是0x00000020嘍。
書上這里也講的很明白了。主程序只要調用EnterPWDN(參數) 這個函數即可，調用之后，程序即進入啟動代碼中的匯編段執行。
關于這段就不多說了，也不復雜。也可以看下數據手冊里關于進入掉電模式的流程說明。在clock 那一章。



12. 異常服務的響應過程
出現一個異常，arm處理器會執行以下幾個步驟：
A. 將下一條指令存入相應的lr里，以便程序從異常返回時能從正確的位置開始。
B. 將cpsr復制到相應的spsr。
C. 強制設置cpsr的運行模式位
D. 強制從異常向量地址取得下一條指令
Ok，經過以上步驟，就進入了異常里。以上步驟都是處理器自動執行的，不需要軟件干涉。從上面的D步驟起，我們在向量地址上放置跳轉指令，那么程序就可以跳到相關的處理程序里了。
我們順著書上的例子走一遍吧。
（1）FIQ
A. 產生FIQ中斷時，cpu自動跳到0x0000001c這個地址去執行代碼。還記得中斷向量表吧，里面這個地址的指令是 b
HandlerFIQ 。即要跳入HandlerFIQ 里了。
B. HandlerFIQ在哪里呢？
程序里有一段宏定義如下




且程序中間用到了這個宏



那么經過預編譯替換之后，這一句就會變成下面這一段了。







可見，我們找到了HandlerFIQ 所在了。其中有個標號HandleFIQ是什么呢？
HandleFIQ   
#   4 就是這里預先分配的一個地址。至于這個地址里存的數據是什么呢？呆會再看。
好，順著書里介紹的來走一下，直到str     r0,[sp,#4]  這句執行完為止，都是在將相關的數據入棧，如下圖。接著分別將數據出棧到r0和pc里，pc里即為中斷子程序入口。即cpu進入了中斷處理程序里執行。疑問：最開始入棧的r0里的數據是什么呢？



（2）IRQ
查找IRQ中斷處理程序入口的步驟比上面多了一個步驟，是因為有多個中斷源共用一個IRQ中斷入口，然后，再到IRQ處理程序中再判斷具體是哪一個中斷源產生的。最后進入對應的處理程序中執行。具體的中斷過程最好先讀一下數據手冊。
所以對于IRQ來說，相當于二級查找。先找IRQ處理程序的入口，然后在處理程序中根據INTOFFSET 的值來找到對應中斷源的入口。
具體書上講的很明白。







啟動代碼的分析.pdf (234.13 KB)

2009-9-6 03:20 上傳

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changyongid

編輯這個貼子發現幾點，給管理員提個意見：
1. 一個貼子只能有10000字。。。給多點吧
2. 我編輯貼子的時候，如果點擊新窗口，會扣分。
3. 公社的logo太大了。每個圖面都占了一大塊，有點影響。建議可以做一個小點的圖標放在右下腳。。

geyingzhen

感謝分享！！！

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頂！

lhj200304

mark

kk2614755

頂啊................
學習了

itelectron

這個詳細啊

rest

感謝分享！

gu_87_2009

很好，辛苦了

xiongmao333

好啊！

ljt431

很好

winter2010

好啊 。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。

hwong

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精典，學習了.

howiexu

好東西啊，謝謝分享

loveyang

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不錯，不錯