原创 ARM无痛苦起步(转)

ARM无痛苦起步(转)　

    那么我们需要解决以下几个问题：
   1.如何编译和调试主程序
   2.如何使中断跳到RAM中的中断服务程序执行
   3.如何把引导程序和主程序写入FLASH中.

arm（44b0x）无痛苦起步

    这两个星期在看arm的资料，在朋友的帮助下弄明白了是怎么回事后，我觉得我原来看的入门资料总有些说的不详细的地方。所以决定写一个文档，总结开始arm开发的入门知识，给后来的朋友参考，也希望得到高手指正我认识上的错误。我的开发板是s3c44b0x的，2m NOR FLASH在bank0,8m sdram在bank6.
    首先看看我们要解决的问题。有些ARM芯片有内嵌的RAM 和FALSH.这样可以直接在片内运行程序，44B0X片内只有几K CACHE，ROM和RAM都是外接的芯片。我们的程序是要写入FLASH中保存，但执行时是拷到SDRAM中执行的（如在ROM中执行速度会较慢）。要做到这一点需要把程序做成两个分程序：一个是实现你的系统功能的主程序，如果你用嵌入式系统，那就是UCOS和UCLINUX之类的程序，这个程序的代码保存在FLASH中，但执行时会拷到RAM中再执行；一个是引导程序，直接在FLASH中执行，负责把初始化芯片和外设，并把主程序从FLASH中拷到RAM中，然后跳到主程序去执行，对应的概念是UBOOT等常见的引导程序，这个程序会被写入0X0开始的地址，开机后自动执行。
    那么我们需要解决以下几个问题：
   1.如何编译和调试主程序
   2.如何使中断跳到RAM中的中断服务程序执行
   3.如何把引导程序和主程序写入FLASH中.
以下我们来解决这几个问题：
  1 开始在仿真器中写代码和调试
  由于主程序会被拷贝到RAM中执行，则我们应该在编译时就把程序定位到RAM中。这里先要说说几个ADS的参数的意义,在ADS的ARM LINKER页有RO,RW两个参数，此外还有一个ZI没有在页中给出，RO是只读代码的起始地址，由这个地址开始存放编译出来的程序指令；RW是程序的读写段的开始，即你程序中的数据存放的开始地址，ZI紧跟在RW区后，ZI区存放的是需要在程序运行时初始化为0的数据。
了解这几个链接参数的意义后我们可以设置这几个参数了：对于我的44B0X板8M SDRAM在0XC00_0000.因此在开发时把ADS中的RO BASE的地址指定为0XC00_0000;置于RW,在程序完成前可以预先估计一下程序的体积有多大，需要用到的数据区有多大，避免数据区太小或代码区覆盖掉前面的数据区就是了，我用了0XC10_0000,1M的代码空间，其他作数据区。这样，我们编译出来的程序代码就是在0XC00_0000中，可以直接由仿真器写入RAM中运行仿真运行。此外，在linker-〉layout页有个object symbol和section的选项，要求你填入映像文件最开始的object文件名和段名，这两个参数在仿真时不填写也不会影响运行，因为仿真器会自动修改pc指针，但要建立能烧写的映像文件，则一定要填写好，具体填写什么后面分析程序时再讲。
    2中断问题
    和所有单片机一样，ARM复位后从地址0X0开始执行，而0X0后是一串默认的中断向量表。对51这样的芯片，我们会直接在这个中断向量表中填入跳转语句，让它跳到指定的ISR处理中断事件。由于我们的主程序是在RAM中执行的，编译时又和引导程序分开，不可能预先知道我们写的ISR具体地址，而预留的中断向量表只够每个中断一个跳转指令，因此我们需要做二次跳转。在内存中建立一个中断向量表，每个中断对应一个字，存放ISR的地址。尔后，对每个中断写一段短的代码，把ISR地址取出，填入PC。而0X0后面中断向量的跳转指令，则是跳到这小段程序中。
    3烧写flash,ADX中似乎有个写入flash的选项，我自己没有具体用过。但听说用jtag写flash会比较慢。由于nor flash或nand flash都是可以编程烧写的，即我们可以写个程序擦写flash,问题是如何读取编译出来的映像文件。这个也不用担心，adx中有个菜单把文件内容写入指定的地址中，把影响文件指定到一个ram地址，然后就用烧写程序把ram的内容拷入rom中就是了。我们有个boot程序，一个主程序要映射到rom中.假设我把0xc20_0000开始的2m地址作rom的映像，则把boot程序导入0xc20_0000,boot的程序非常短，在0xc20_1000开始放主程序。然后把0xc20_0000到0xc40_0000的内容全部拷入rom中（当然在导入文件前这些ram应该先被清空或写入ff.）。
     让我们来看看相关的代码，具体认识一下该怎么处理前面说的这些问题，还有另外的一些问题。这里使用的代码是在44b0x的application note的第三章中拿出来的，这个文件在网上应该很容易找到。
    程序的入口在44binit.s汇编文件中，其中一个Init 段是整个程序的入口：
AREA Init,CODE,READONLY
ENTRY
b ResetHandler ;for debug
b HandlerUndef ;handlerUndef
b HandlerSWI ;SWI interrupt handler
b HandlerPabort ;handlerPAbort
b HandlerDabort ;handlerDAbort
b . ;handlerReserved
b HandlerIRQ
关键字ENTRY告诉编译器保留这段代码。从代码看INIT段就是要写入0X0地址的原始中断向量，因此把这个文件编译生成的44BINIT.O和INTT填入上面提到的LAYOUT页对应项中。这样编译器会把该段代码编译到0X0地址。（仿真时你可以试试别填这两个项目，看看ADX中的反汇编代码入口被放到哪里）。
这段代码里除了reset句外，有每句都有一个HandlerXXX的标号，这就是前面提到的中断处理程序的入口，它是由前面的一个宏来定义的：
MACRO
$HandlerLabel HANDLER $HandleLabel
$HandlerLabel
sub sp,sp,#4 ;decrement sp(to store jump address)
stmfd sp!,{r0}
;PUSH the work register to stack(lr does't push because it return to original address)
ldr r0,=$HandleLabel;load the address of HandleXXX to r0
ldr r0,[r0] ;load the contents(service routine start address) of HandleXXX
str r0,[sp,#4] ;store the contents(ISR) of HandleXXX to stack
ldmfd sp!,{r0,pc} ;POP the work register and pc(jump to ISR)
MEND
   我自己没有写过宏，所以还是看编译出来的代码比较直接：
    HandlerSWI
        0x0c000198:    e24dd004    ..M.    SUB      r13,r13,#4
        0x0c00019c:    e92d0001    ..-.    STMFD    r13!,{r0}
        0x0c0001a0:    e59f0458    X...    LDR      r0,0xc000600
        0x0c0001a4:    e5900000    ....    LDR      r0,[r0,#0]
        0x0c0001a8:    e58d0004    ....    STR      r0,[r13,#4]
        0x0c0001ac:    e8bd8001    ....    LDMFD    r13!,{r0,pc}
这是ads输出的汇编代码，就是刚才的宏对应swi的一个实例，其中有两句
        LDR      r0,0xc000600
        LDR      r0,[r0,#0]
是把0x0c000600的内容载入r0,再把r0地址的ram单元载入r0.去看看0xc000600的内容，是0X0c7fff08，这是我设定的内存中的中断向量表地址之一，中断向量表的起始地址是0X0c7fff00，因此0X0c7fff08存放的刚好就是swi的isr地址。后面程序就跳到对应的ISR去了。（这段宏程序由于我不熟悉arm的汇编，只看过它怎么执行，实在我不知道中断向量表地址是如何被放入0x0c000600等地址的。希望有高手能再详细解释一下具体的编写，编译方法和原理。）
在c程序中，我们需要给每个中断向量定义一个宏：
   #define pISR_SWI (*(unsigned *)(_ISR_STARTADDRESS+0x08))
_ISR_STARTADDRESS是起始地址0X0c7fff00,假设ISR是以下函数：
void __irq SWI_UserIsr(void){……………}
则在系统初始化时用pISR_EINT0=(unsigned)SWI_UserIsr;这样的语句把ISR的地址填入中断向量表中,对所有中断作同样的处理，然后开中断，系统就能经过上面的宏把跳到ISR执行。
   44binit.s中还有几段值得留意的代码：以下的代码把rw段的数据拷入ram中，并初始化zi段，即把该段清零：
LDR    r0,=|Image$$RO$$Limit|
LDR    r1,=|Image$$RW$$Base|
LDR    r2,=|Image$$ZI$$Base|  
CMP    r0,r1                 
      BEQ    %F1
0     CMP    r1,r3
      LDRCC  r2,[r0],#4
      STRCC  r2,[r1],#4
      BCC    %B0
1     LDR    r1,=|Image$$ZI$$Limit|
      MOV   r2,#0
2     CMP    r3,r1
      STRCC  r2,[r3],#4
      BCC    %B2
来看反汇编的代码：
        0x0c000ae0:    e59f0194    ....    LDR      r0,0xc000c7c
        0x0c000ae4:    e59f1194    ....    LDR      r1,0xc000c80
        0x0c000ae8:    e59f3194    .1..    LDR      r3,0xc000c84
0xc000c7c,开始的三个字的内容是：        
        0x0c000c7c:    0c000e10    ....    DCD    201330192
        0x0c000c80:    0c200000    .. .    DCD    203423744
        0x0c000c84:    0c200000    .. .    DCD    203423744
        0x0c000c88:    0c200004    .. .    DCD    203423748
这些反汇编的代码是一个点led的程序的，可以看出我的小程序代码到0x0c000e10就结束了，0x0c200000是我指定的数据区起始地址。这段程序把|Image$$RO$$Limit| 开始的,长|Image$$ZI$$Base| -|Image$$RW$$Base| 的数据区拷到|Image$$RW$$Base|的对应单元，就是0x0c200000开始的一段ram中。后面还有|Image$$ZI$$Limit|，在我的代码中是0x0c000c88，内容是0x0c200004.这其实表明我的小程序并没有rw区，只有一个初始为0的变量。
   另外还有一段初始化ram控制器的代码：
    ;****************************************************
    ;*    Set memory control registers                    
    ;****************************************************
    ldr        r0,=SMRDATA
    ldmia   r0,{r1-r13}
    ldr        r0,=0x01c80000  ;BWSCON Address
    stmia   r0,{r1-r13}，
由于44b0x要求13个控制寄存器要一次完成填入，所以先把参数设定在SMRDATA的地址中，一次载入通用寄存器，在一次填入RAM控制寄存器中。4510的书上介绍调试前需要用SEMEM命令设置这些寄存器，但我自己没有那么做也可以跑的很好，也许是默认已经用了最保守的配置的原因吧！
    其余的代码解释比较清晰了，最后摘出我的LED程序和这个小程序的BOOT程序以及烧写程序。这几个程序的project都包括了44binit.s, option.s, memcfg.s，option.h,44b.h几个从app note中抄来的文件，这里只列了我自己写的主要c代码。其他这些文件我除了把ram和rom的对应配置改了一下外，都没有改动。我的引导程序编译出来是3k,led程序也是3k,因此我把他们分别定位在rom的0x0和0x2000处，一共写了8k。
LED程序中的44BINTT.S程序功能和LOAD中的44BINTT.S是重复的，主要是我懒得去修改这些汇编，由着他们占用一点时间吧！
  load程序负责把从0x20000处开始的4k程序（即led程序）拷到ram 0xc000000中，run函数把pc指到0x0c000000,开始执行led程序：
void (*Run)(void) = (void (*)(void))RAM_ADDR;
void Main(void)
{    INT32U k ;
    INT32U *pulSource = (INT32U*)0x2000,;
    INT32U *pulDest = (INT32U*)0x0c000000;
    rSYSCFG=CACHECFG;
    PortInit();    
    for(k=0;k<2000>         *pulDest++ = *pulSource++;    
    Run();    
}
led程序把两个通用io上连的led作不断的亮和灭：
void Main(void)
{    INT32U k ;
    //INT16U *ptr;
    rSYSCFG=CACHECFG;
    PortInit();    
    while(1)
        {
            LedDisp(0);
            for(k=0;k             LedDisp(3);    
            for(k=0;k         }
}
最后是烧写的程序，详细的代码网上高手们写了不少，我只是给出最简单的实现。烧写时当程序执行到清理完0X0C30_0000到0X0C30_4000的RAM后，让程序中断下来，通过LOAD MEMORY FORM FILE命令把LOAD.BIN导入0X0C30_0000，LED.BIN导入0X0C30_2000中，继续运行程序直到一个LED亮起，烧写就完成了。拔去仿真器后再上电，可以看到两个LED同时亮灭。
＃i nclude "option.h"
＃i nclude "44b.h"
＃i nclude "def.h"
//＃i nclude "romdef.h"
//＃i nclude "stdio.h"
//＃i nclude "stdlib.h"

   #define FLASH_START_ADDR    0X0000
#define FLASH_ADDR_UNLOCK1  0X5555
#define FLASH_ADDR_UNLOCK2  0X2AAA
#define FLASH_DATA_UNLOCK1  0XAAAA
#define FLASH_DATA_UNLOCK2  0X5555
#define FLASH_DATA_WRITE    0XA0A0
#define FLASH_ERASE         0X8080
#define FLASH_ERASE_SECTOR  0X3030
#define FLASH_ERASE_BLOCK   0X5050
#define FLASH_ERASE_CHIP    0X1010
#define FLASH_SID_QUERY     0X9090
#define FLASH_CFI_QUERY     0X9898
#define FLASH_SID_EXIT      0XF0F0
#define FLASH_OP_TIMEOUT    0Xffff

   #define LED_PORTC10     (1 #define LED_PORTC11        (1 #define RAM_ADDR         0xc000000
void (*Run)(void) = (void (*)(void))RAM_ADDR;
void infoFlash(void);
int wait_flash_ready ( INT16U *address, INT16U data );
int writeFlash(INT16U *Address,INT16U Data);
int eraseSector(INT16U* SectorAddr);
int eraseChip(void);

   void PortInit(void);
void LedDisp(int LedStatus);

   //*****************************************
//        FLASH WIRTING
//*****************************************
void Main(void)
{    INT32U k ;
    INT16U *pdist,*psrc;
    rSYSCFG=CACHECFG;
    PortInit();    
    //infoFlash();
    eraseChip();
    psrc="/blog/(INT16U" *)0xc300000;
    for(k=0;k<0x4000>      *psrc++=0x0; //clear ram
    psrc="/blog/(INT16U" *)0xc300000;
    pdist=(INT16U *)0x0;
    for(k=0;k<0x4000 k ram to>         writeFlash(pdist++,*psrc++);
    while(1)
        {
            LedDisp(0);
            for(k=0;k             LedDisp(2);    
            for(k=0;k         }
}

  
//*****************************************
//        init the port
//*****************************************
void PortInit(void)
{

       rPDATC = 0xffff;        //All IO is high
    rPCONC = 0x0f55ff54;    
    rPUPC  = 0x3000;        //PULL UP RESISTOR should be enabled to I/O
}

   //*****************************************
//        light led
//*****************************************
void LedDisp(int LedStatus)
{
    if((LedStatus&0x01)==0x01)
        rPDATC &= (~LED_PORTC10);    //LED ON
    else
        rPDATC |= LED_PORTC10;        //LED OFF
    
    if((LedStatus&0x02)==0x02)
        rPDATC &=(~LED_PORTC11);    //LED ON
    else
        rPDATC |=LED_PORTC11;        //LED OFF
}

   //*****************************************
//        show the flash soft id
//*****************************************
void infoFlash()
{
    int i,j;
    INT16U *pFlash;
    *((volatile INT16U *)FLASH_START_ADDR)=FLASH_SID_EXIT;
    *((volatile INT16U *)FLASH_START_ADDR+FLASH_ADDR_UNLOCK1)=FLASH_DATA_UNLOCK1;
    *((volatile INT16U *)FLASH_START_ADDR+FLASH_ADDR_UNLOCK2)=FLASH_DATA_UNLOCK2;
    *((volatile INT16U *)FLASH_START_ADDR+FLASH_ADDR_UNLOCK1)=FLASH_SID_QUERY;
    for(i=0;i     pFlash=FLASH_START_ADDR;
    i=0;j=0;
    i=(INT16U)*pFlash++;
    j=(INT16U)*pFlash;     
}
//*****************************************
//        erase hold flash
//*****************************************
int eraseChip()
{
    *((volatile INT16U *)FLASH_START_ADDR)=FLASH_SID_EXIT;
    *((volatile INT16U *)FLASH_START_ADDR+FLASH_ADDR_UNLOCK1)=FLASH_DATA_UNLOCK1;
    *((volatile INT16U *)FLASH_START_ADDR+FLASH_ADDR_UNLOCK2)=FLASH_DATA_UNLOCK2;
    *((volatile INT16U *)FLASH_START_ADDR+FLASH_ADDR_UNLOCK1)=FLASH_ERASE;
    *((volatile INT16U *)FLASH_START_ADDR+FLASH_ADDR_UNLOCK1)=FLASH_DATA_UNLOCK1;
    *((volatile INT16U *)FLASH_START_ADDR+FLASH_ADDR_UNLOCK2)=FLASH_DATA_UNLOCK2;
    *((volatile INT16U *)FLASH_START_ADDR+FLASH_ADDR_UNLOCK1)=FLASH_ERASE_CHIP;
    if( wait_flash_ready((INT16U *)FLASH_START_ADDR,0xffff) )
      return 1;
    else return 0;
}

   //*****************************************
//        write one falsh word( 16bit)
//*****************************************
int writeFlash(INT16U *Address,INT16U Data)
{   *((volatile INT16U *)FLASH_START_ADDR)=FLASH_SID_EXIT;
    *((volatile INT16U *)FLASH_START_ADDR+FLASH_ADDR_UNLOCK1)=FLASH_DATA_UNLOCK1;
    *((volatile INT16U *)FLASH_START_ADDR+FLASH_ADDR_UNLOCK2)=FLASH_DATA_UNLOCK2;
    *((volatile INT16U *)FLASH_START_ADDR+FLASH_ADDR_UNLOCK1)=FLASH_DATA_WRITE;
    *Address=Data;
    if(wait_flash_ready(Address,Data))
      return 1;
    else return 0;
}

   //*****************************************
//        wait for operation finish
//*****************************************
int wait_flash_ready ( INT16U *address, INT16U data )
{
   INT32U tmp;
   INT16U *p;
   tmp =0xff;
   p=address;
    while(((*p)&0x8080)!=(data&0x8080))
    {tmp--;
     if (tmp==0x0)
         return 1;  // timeout
    }
    return 0;
}