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嵌入式开发复位和初始化详细讨论
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2017-10-19
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13.5 复位和初始化
任何运行在实际硬件上的嵌入式应用程序，都必须在启动时实现一些基本的系统初始化。本节将对此予以详细讨论。
13.5.1 初始化序列
图13.14显示了一个适用于ARM嵌入式系统的初始化序列。
图13.14 ARM嵌入式系统的初始化序列
系统启动时立即执行复位处理程序，然后进入$Sub$$main（）的代码执行。
复位处理程序是用汇编语言编写的代码块，它在系统复位时执行，完成系统初始化操作。对于具有局部存储器的内核，如Caches、紧密藕荷存储器（TCM）、存储管理单元（MMU）和存储器保护单元（MPU）等，在初始化过程这一阶段完成必要的配置。复位处理程序在执行之后，通常跳转到__main以开始C库的初始化序列。
13.5.2 向量表
所有的ARM系统都有一个向量表（vector table）。向量表不是初始化序列的一部分，但是对每个要处理的异常，它必须存在。这些地址通常包含以下形式的跳转指令。
· B《address》：该条指令实现了相对于pc的跳转
· LDR pc，［pc，offset］：这条指令将异常处理程序的入口地址从存储器装载到pc。该地址是一个32位的绝对地址。由于有额外的存储器访问，装载跳转地址会使分支跳转到特定处理程序，给系统执行带来延时。不过，可以使用这种方法跳转到存储空间内的任意地址。
· MOV pc，＃immediate：将一个立即数复制到pc。使用该指令可以跨越整个地址空间，但是受到地址对齐问题的限制。这个地址必须由8位立即数循环右移偶数次得到。
另外，也可以在向量表中使用其他类型的指令。例如，FIQ处理程序可以从地址0x1c处开始执行。因为它位于向量表的最后，这样FIQ处理程序就可以不用跳转，立即从FIQ向量地址处开始执行。
下面的例子显示了一个使用LDR指令的向量表装载过程。
;**********************************
;* VECTOR TABLE *
;**********************************
AREA vectors， CODE
ENTRY
; 定义标准的ARM向量表
INT_Vectors
LDR PC， INT_Reset_Addr
LDR PC， INT_Undef_Addr
LDR PC， INT_Software_Addr
LDR PC， INT_Prefetch_Addr
LDR PC， INT_Data_Addr
LDR PC， INT_Reserved_Addr
LDR PC， INT_IRQ_Addr
LDR PC， INT_FIQ_Addr
在向量表的入口处要有ENTRY标识。该标识通知链接程序该代码是一个可能的入口点，因而在链接时，不能被清除。
13.5.3 ROM/RAM重映射
启动时，0x0处必须要有一条有效指令，因此，复位时0x0000地址必须为非易失性存储器，如ROM或FLASH。
注意有些系统是从0xffff0000处开始执行的，对于这样的系统，地址0xffff0000处必须为非易失性存储器。
可以将ROM定位在0x0处。但是，这样配置有几个缺点。首先ROM存取速度通常较RAM要慢，当跳转到异常处理程序时，系统性能可能会大受影响。其次，将向量表放于ROM中，运行时不能修改。
存储器地址重映射（Memory Remap）是当前很多先进控制器所具有的功能。所谓地址重映射就是可以通过软件配置来改变存储器物理地址的一种机制或方法。
当一段程序对运行自己得存储器进行重映射时，需要特别注意保证程序执行流程在重映射前后的承接关系。实现重映射的关键就是要使程序指针在remap以后能继续往下得到正确的指令。本书中介绍两种实现重映射的机制，不同的系统可能会有多种灵活的remap方案，用户在具体实现时要具体分析。
1．先搬移后映射（Remap after Copy）
图13.15显示一种典型的存储器地址重映射情况。
图13.15 ROM/RAM重映射（1）
原来RAM和ROM各有自己的地址，进行重映射以后RAM和ROM的地址都发生了变化。这种情况下，可以采用以下方案。
① 上电后，从0x0地址的ROM开始往下执行。
② 根据映射前的地址，对RAM进行必要的代码和数据拷贝。
③ 拷贝完后，进行remap操作。
④ 因为RAM在remap前准备好了内容，使得PC指针能继续在RAM里取到正确的指令。
任何运行在实际硬件上的嵌入式应用程序，都必须在启动时实现一些基本的系统初始化。本节将对此予以详细讨论。
13.5.1 初始化序列
图13.14显示了一个适用于ARM嵌入式系统的初始化序列。
图13.14 ARM嵌入式系统的初始化序列
系统启动时立即执行复位处理程序，然后进入$Sub$$main（）的代码执行。
复位处理程序是用汇编语言编写的代码块，它在系统复位时执行，完成系统初始化操作。对于具有局部存储器的内核，如Caches、紧密藕荷存储器（TCM）、存储管理单元（MMU）和存储器保护单元（MPU）等，在初始化过程这一阶段完成必要的配置。复位处理程序在执行之后，通常跳转到__main以开始C库的初始化序列。
13.5.2 向量表
所有的ARM系统都有一个向量表（vector table）。向量表不是初始化序列的一部分，但是对每个要处理的异常，它必须存在。这些地址通常包含以下形式的跳转指令。
· B《address》：该条指令实现了相对于pc的跳转
· LDR pc，［pc，offset］：这条指令将异常处理程序的入口地址从存储器装载到pc。该地址是一个32位的绝对地址。由于有额外的存储器访问，装载跳转地址会使分支跳转到特定处理程序，给系统执行带来延时。不过，可以使用这种方法跳转到存储空间内的任意地址。
· MOV pc，＃immediate：将一个立即数复制到pc。使用该指令可以跨越整个地址空间，但是受到地址对齐问题的限制。这个地址必须由8位立即数循环右移偶数次得到。
另外，也可以在向量表中使用其他类型的指令。例如，FIQ处理程序可以从地址0x1c处开始执行。因为它位于向量表的最后，这样FIQ处理程序就可以不用跳转，立即从FIQ向量地址处开始执行。
下面的例子显示了一个使用LDR指令的向量表装载过程。
;**********************************
;* VECTOR TABLE *
;**********************************
AREA vectors， CODE
ENTRY
; 定义标准的ARM向量表
INT_Vectors
LDR PC， INT_Reset_Addr
LDR PC， INT_Undef_Addr
LDR PC， INT_Software_Addr
LDR PC， INT_Prefetch_Addr
LDR PC， INT_Data_Addr
LDR PC， INT_Reserved_Addr
LDR PC， INT_IRQ_Addr
LDR PC， INT_FIQ_Addr
在向量表的入口处要有ENTRY标识。该标识通知链接程序该代码是一个可能的入口点，因而在链接时，不能被清除。
13.5.3 ROM/RAM重映射
启动时，0x0处必须要有一条有效指令，因此，复位时0x0000地址必须为非易失性存储器，如ROM或FLASH。
注意有些系统是从0xffff0000处开始执行的，对于这样的系统，地址0xffff0000处必须为非易失性存储器。可以将ROM定位在0x0处。但是，这样配置有几个缺点。首先ROM存取速度通常较RAM要慢，当跳转到异常处理程序时，系统性能可能会大受影响。其次，将向量表放于ROM中，运行时不能修改。
存储器地址重映射（Memory Remap）是当前很多先进控制器所具有的功能。所谓地址重映射就是可以通过软件配置来改变存储器物理地址的一种机制或方法。
当一段程序对运行自己得存储器进行重映射时，需要特别注意保证程序执行流程在重映射前后的承接关系。实现重映射的关键就是要使程序指针在remap以后能继续往下得到正确的指令。本书中介绍两种实现重映射的机制，不同的系统可能会有多种灵活的remap方案，用户在具体实现时要具体分析。
1．先搬移后映射（Remap after Copy）
图13.15显示一种典型的存储器地址重映射情况。
图13.15 ROM/RAM重映射（1）
原来RAM和ROM各有自己的地址，进行重映射以后RAM和ROM的地址都发生了变化。这种情况下，可以采用以下方案。
① 上电后，从0x0地址的ROM开始往下执行。
② 根据映射前的地址，对RAM进行必要的代码和数据拷贝。
③ 拷贝完后，进行remap操作。
④ 因为RAM在remap前准备好了内容，使得PC指针能继续在RAM里取到正确的指令。
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