ARM7在嵌入式應(yīng)用中啟動程序技術(shù)難點(diǎn)分析
技術(shù)難點(diǎn)分析
⑴.MMU的使用
MMU是存儲器管理單元的縮寫，是用來管理虛擬內(nèi)存系統(tǒng)的器件。MMU通常是CPU的一部分，本身有少量存儲空間存放從虛擬地址到物理地址的匹配表。此表稱作TLB(轉(zhuǎn)換旁置緩沖區(qū))。所有數(shù)據(jù)請求都送往MMU，由MMU決定數(shù)據(jù)是在RAM內(nèi)還是在大容量存儲器設(shè)備內(nèi)。如果數(shù)據(jù)不在存儲空間內(nèi)，MMU將產(chǎn)生頁面錯(cuò)誤中斷。
MMU的兩個(gè)主要功能是:
將虛地址轉(zhuǎn)換成物理地址。
控制存儲器存取允許。MMU關(guān)掉時(shí)，虛地址直接輸出到物理地址總線。
在實(shí)踐中，使用MMU解決了如下幾個(gè)問題：
①使用DRAM作為大容量存儲器時(shí)，如果DRAM的行列是非平方的，會導(dǎo)致該DRAM的物理地址不連續(xù)，這將給程序的編寫調(diào)試造成極大不便，而適當(dāng)配置MMU可將其轉(zhuǎn)換成虛擬地址連續(xù)的空間。
②ARM內(nèi)核的中斷向量表要求放在0地址， 對于ROM在0地址的情況，無法調(diào)試中斷服務(wù)程序，所以在調(diào)試階段有必要將可讀寫的存儲器空間映射到0地址。
③系統(tǒng)的某些地址段是不允許被訪問的，否則會產(chǎn)生不可預(yù)料的后果,為了避免這類錯(cuò)誤,可以通過MMU匹配表的設(shè)置將這些地址段設(shè)為用戶不可存取類型。
啟動程序中生成的匹配表中包含地址映射，存儲頁大小(1M,64K,或4K)以及是否允許存取等信息。
例如:目標(biāo)板上的16兆DRAM的物理地址區(qū)間為0xc000，0000～0xc07f，ffff;0xc100，0000～0xc17f，ffff;16兆ROM的虛擬地址區(qū)間為:0x0000，0000～0x00ff，ffff。匹配表配置如下:
可以看到左邊是連續(xù)的虛擬地址空間，右邊是不連續(xù)的物理地址空間，而且將DRAM映射到了0地址區(qū)間。 MMU通過虛擬地址和頁面表位置信息，按照轉(zhuǎn)換邏輯獲得對應(yīng)物理地址，輸出到地址總線上。
應(yīng)注意到的是使能MMU后，程序繼續(xù)運(yùn)行，但是對于程序員來說程序計(jì)數(shù)器的指針已經(jīng)改變，指向了ROM所對應(yīng)的虛擬地址。
⑵目標(biāo)文件的分布裝載分析
首先創(chuàng)建一個(gè)文本文件，稱為分布裝載描述文件。它為應(yīng)用程序的各部分指定裝載區(qū)間和執(zhí)行區(qū)間。
舉例如下:
FLASH 0x01000000 0x011fffff ；2M FLASH
{
FLASH 0x01000000
{
boot.o(BOOT，+FIRst)
* (+RO)
}
DRAM 0x00000000
{
vector.0(VECTOR，+First)
int_handler.o (+RO)
* (+RW，+ZI)
}
}
在ARM鏈接器的命令行里加入“-scov description-file –scf”或“-scatter description-file”，編譯鏈接后，將產(chǎn)生一個(gè)分布裝載文件。
鏈接器同時(shí)產(chǎn)生一組符號，給出每個(gè)分布描述文件中命名的區(qū)間的長度，裝載地址和執(zhí)行地址。由于鏈接器和C庫都沒有將代碼從它的裝載區(qū)間拷貝到執(zhí)行區(qū)間，或創(chuàng)建一個(gè)零初始化區(qū)域的功能，所以要由應(yīng)用程序員利用這組符號產(chǎn)生的信息完成這項(xiàng)工作，這是在呼叫C程序之前必須完成的，舉例如下：
LDR r0, = |Load$$DRAM$$Base|
LDR r1, = |Image$$DRAM$$Base|
CMP r0, r1 ; 檢查裝載地址和執(zhí)行地址是否相同
BEQ do_zi_init ; 相同，則不拷貝該區(qū)間，初始化零數(shù)據(jù)區(qū)
MOV r2, r1 ； 不相同，將裝載區(qū)拷貝到執(zhí)行區(qū)
LDR r4, = |Image$$DRAM$$length|
ADD r2, r2, r4
BL copy
do_zi_init
LDR r1, = |Image$$DRAM$$ZI$$Base|
MOV r2, r1
LDR r4, = |Image$$DRAM$$ZI$$length|
ADD r2, r2, r4
MOV r3, #0
BL zi_init ; 調(diào)用零初始化子程序
結(jié)束語：
本文介紹的啟動程序已經(jīng)在以Cirrus Logic公司的EP7211和Ateml公司的AT91M40400開發(fā)的系統(tǒng)上運(yùn)行并測試通過。今后可以在這一基礎(chǔ)上添加串行通信模塊和FLASH操作模塊，開發(fā)系統(tǒng)監(jiān)控程序，從而實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序的在線升級。
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