如何设计ARM的启动代码?
ARM处理器的三大特点是:耗电少功能强、16位/32位双指令集和合作伙伴众多。
设计ARM处理器的启动代码(Bootloader)需考虑芯片架构、硬件平台和开发环境。以下是关键步骤和示例代码框架:
一、核心设计步骤
-
设置异常向量表
- ARM复位后从0x0地址开始执行
- 向量表包含7个异常入口(复位、未定义指令等)
_start: B Reset_Handler ; 复位异常 B Undefined_Handler ; 未定义指令异常 B SVC_Handler ; SWI软中断 B Prefetch_Handler ; 取指中止 B DataAbort_Handler ; 数据中止 NOP ; 保留 B IRQ_Handler ; 普通中断 B FIQ_Handler ; 快速中断
-
初始化关键寄存器
- 关闭中断,设置处理器模式(如SVC模式)
Reset_Handler: CPSID I ; 关闭中断 MRS R0, CPSR ; 读取状态寄存器 BIC R0, R0, #0x1F ; 清除模式位 ORR R0, R0, #0x13 ; 设置为SVC模式 MSR CPSR_c, R0 ; 写回CPSR
- 关闭中断,设置处理器模式(如SVC模式)
-
设置栈指针
- 为不同模式分配栈空间
LDR SP, =_svc_stack_top ; SVC模式栈顶地址
- 为不同模式分配栈空间
-
初始化内存系统
- 配置DDR/SDRAM控制器(芯片手册提供参数)
void init_sdram(void) { // 设置内存控制器寄存器 *((volatile uint32_t*)0x48000000) = 0x22000000; // ...其他寄存器配置 }
- 配置DDR/SDRAM控制器(芯片手册提供参数)
-
代码重定位(可选)
- 将代码从Flash复制到RAM执行
LDR R0, =_code_start ; 源地址(Flash) LDR R1, =_text_start ; 目标地址(RAM) LDR R2, =_data_end copy_loop: LDMIA R0!, {R3-R10} ; 批量加载 STMIA R1!, {R3-R10} CMP R1, R2 BLT copy_loop
- 将代码从Flash复制到RAM执行
-
初始化BSS段(清零)
LDR R0, =_bss_start LDR R1, =_bss_end MOV R2, #0 zero_loop: STR R2, [R0], #4 CMP R0, R1 BLT zero_loop -
跳转主程序
BL main ; 跳转到C语言的main函数
二、关键注意事项
-
芯片手册依赖
- 时钟配置:PLL锁定时间(如设置MPLL)
- 内存时序:SDRAM参数需按硬件设计填写
- 外设基地址:查看芯片Memory Map
-
编译器相关
- 链接脚本定义内存区域(.text, .data, .bss)
MEMORY { ROM (rx) : ORIGIN = 0x00000000, LENGTH = 256K RAM (rwx): ORIGIN = 0x40000000, LENGTH = 64K }
- 链接脚本定义内存区域(.text, .data, .bss)
-
优化技巧
- 用汇编实现核心初始化(速度敏感部分)
- C语言中声明
register变量加速启动 - 使用
volatile避免编译器优化硬件寄存器访问
三、调试手段
-
LED调试法
void main() { volatile uint32_t *GPIO_DAT = (uint32_t*)0x56000014; *GPIO_DAT |= (1 << 5); // 点亮LED } -
串口输出
- 初始化UART后打印状态信息
-
JTAG/SWD调试
- 结合IDE设置断点查看寄存器
四、示例代码结构
/* startup.s */
.section .vectors
_start:
b Reset_Handler
/* 其他异常入口... */
.section .text
Reset_Handler:
/* 初始化硬件 */
bl init_clock
bl init_sdram
/* 跳转C入口 */
ldr sp, =_stack_top
bl main
/* init.c */
void init_clock(void) {
// 配置PLL寄存器
}
int main() {
while(1); // 主循环
}
提示:完整启动代码需配合具体芯片手册调整(如STM32需处理中断向量偏移)。建议参考厂商提供的启动文件(如Keil中的
startup_stm32f4xx.s)进行修改。
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