原创 IAR集成开发平台的ARM程序设计方法

　　引言

　　在项目开发,特别是中小型项目开发中,为了降低开发难度和开发成本,常选择不加载操作系统的方案。本文选择iar嵌入式开发平台,在不加载操作系统的前提下,使用c语言（约95％）和汇编语言（约5％）,对以atmel公司的at91m40800芯片（arm7tdmi内核）为主芯片的工业控制系统进行了软件开发。


图1 系统硬件结构


图2 系统软件框架

　　硬件构架

　　系统的整体硬件框架如图1所示,该系统基本包括了目前工业控制系统所需要的各种功能,其软件开发十分具有代表性。

　　iar集成开发环境

　　iar开发平台是瑞典iar公司开发的基于最新c/c++编译和调试技术的综合开发平台。该平台是一套完整的集成开发环境,可以完成创建工程、编辑文件、编译、汇编、连接和调试应用程序的所有工作;同一个工作空间可放多个工程;可针对单个源文件,一组源文件或者全部源文件进行配置;提供工程模板,支持几乎所有arm内核;提供ansi标准c编译器、iso/ansi c 和嵌入式c++库;支持包括wiggler jtag接口等多种jtag;提供了多种代码优化方式。

　　iar生成的目标代码分为调试版本（debug）和发行版本（release）两种。其中debug目标代码的地址定义在sram中,将被下载到sram中执行;release目标代码的地址定义在flash中,最终大部分在flash中执行。在程序编译之前需要根据模板编写debug.xcl和release.xcl这两个内存分配文件。在iar提供的工程模板基础上,需要修改的地方有：

　　-dromstart=2000000
　　-dromend=200ffff
　　//rom的地址段
　　-z(code)intvec=00-3f
　　-dramstart=2010000
　　-dramend=207ffff
　　//ram的地址段
　　-d_usr_stack_size=20000
　　//栈的大小
　　-d_svc_stack_size=50
　　-d_fiq_stack_size=100
　　-d_abt_stack_size=50
　　-d_und_stack_size=50
　　-d_irq_stack_size=1000
　　-d_heap_size=2000
　　//堆的大小

　　启动代码设计

　　通常c语言是从main函数开始执行的,在没有操作系统的情况下,对main函数的初始化工作由启动代码来完成,包括硬件初始化、堆栈初始化、各种寄存器的初始化等。

　　在完成所有的初始化工作以后,用一条跳转指令进入c程序的main函数,程序的控制权转移到c程序。

　　驱动程序设计

　　系统的软件框架如图2所示。驱动程序包括设备驱动程序、中断程序以及中断服务程序。首先以flash驱动设计为例。根据flash的datasheet及硬件设计,有以下定义：

　　#define flash_base ((volatile ushort *)(0x01000000))
　　/*flash的基地址*/
　　/*定义flash的操作代码*/
　　#define flash_seq_add1　　 (0x5555)
　　#define flash_seq_add2　　 (0x2aaa)
　　#define flash_code1　　　　 ((ushort)(0xaa))
　　#define flash_code2　　　　 ((ushort)(0x55))
　　#define id_in_code　　　　 ((ushort)(0x90))
　　#define id_out_code　　　　 ((ushort)(0xf0))
　　#define write_code　　　　 ((ushort)(0xa0))
　　#define chip_erase_code　　 ((ushort)(0x10))

　　然后编写flash功能函数。下面的函数用于验证flash的设备id号：

　　-ramfunc-farfunc bool flash_test(void)
　　{
　　//输入命令序列,manuf_code表示生产编号,device_code表示设备编号
　　ushort manuf_code,device_ code;
　　*(flash_base + flash_ seq_add1) = flash_code1;
　　*(flash_base + flash_ seq_add2) = flash_code2;
　　*(flash_base + flash_ seq_add1) = id_in_code;
　　//读取生产编号和设备编号
　　manuf_code = *flash_base ;
　　device_code = *(flash_base + 1) ;
　　//退出产品认证模式
　　*(flash_base + flash_ seq_add1) = id_out_code;
　　//判断读出的生产编号和设备编号是否正确
　　return ((manuf_code== 0x001f)&&(device_code==0x00c0));
　　}

　　中断发生时,arm内核运行状态会由一般模式（system & user）进入其它几种模式（包括fiq、irq等）,因此需要保护正在运行的现场（r0~r12通用寄存器）,同时将arm状态寄存器（cpsr和spsr）入栈。中断程序使用汇编语言保护寄存器,而中断服务程序可以使用c语言编写。这里以控制步进电机运动的定时器中断为例：

　　tc0_handler
　　stmfd sp!, {r14}
　　;保护寄存器入栈
　　mrs r14, spsr
　　stmfd sp!, {r14}
　　mrs r14, cpsr
　　stmfd sp!, {r0-r12,r14}　　　　
　　import interrupt_tc0
　　ldr r0,=interrupt_tc0
　　;此处跳转进入c语言中断服务程序interrupt_tc0( )
　　mov lr,pc
　　bx r0
　　intexit
　　;中断服务程序完毕
　　ldmia sp!,{r0-r12,r14}
　　;恢复现场
　　msr cpsr_cxsf, r14
　　ldmia sp!,{r14}
　　msr spsr_cxsf,r14
　　ldmia sp!, {r14}
　　subs pc,lr,#4

　　值得注意的是,arm的除法运算采用软件除法方式,会用到r14寄存器,所以也必须加以保护,在中断服务程序完毕后恢复现场,将寄存器依次出栈。

　　结语

　　在本系统的开发过程中有如下体会：

　　1、尽量少用占用大量存储空间的变量（如int buffer[4096]）,系统开销太大,可能造成系统崩溃。

　　2、慎重使用malloc()这样的内存分配函数。如果使用,一定要在使用完毕后调用free()函数释放内存空间,否则容易造成内存泄漏,甚至系统崩溃。

　　3、要注意iar编译器的所有警告信息,仔细查看警告信息的意义。

　　4、一些经常调用且需要快速处理的模块,考虑使用汇编完成。

　　5、生成 release版本目标代码时,release目录下的exe目录内即为目标文件,而list目录内的*.map文件包含了目标文件内存分配的具体情况,可以根据里面的信息判断内存分配是否存在问题。

　　按照以上开发方式开发出的某款工控产品,经过了严格测试后,已经推向市场,其可靠性和稳定性均得到了验证。