基于ARM7TDMI内核的芯片里多数硬件模块都是可配置的.docx

基于ARM7TDMI内核的芯片里多数硬件模块都是可配置的，需要由软件来设置其需要的工作状态。因此在用户的应用程序之前，需要由专门的一段代码来完成对系统的初始化。由于这类代码直接面对处理器内核和硬件控制器进行编程，一般都是用汇编语言。一般通用的内容包括：
中断向量表
初始化存储器系统
初始化堆栈
初始化有特殊要求的断口，设备
初始化用户程序执行环境
改变处理器模式
呼叫主应用程

一.中断向量表
   ARM要求中断向量表必须放置在从0地址开始，连续8X4字节的空间内。
每当一个中断发生以后，ARM处理器便强制把PC指针置为向量表中对应中断类型的地址值。因为每个中断只占据向量表中1个字的存储空间，只能放置一条ARM指令，使程序跳转到存储器的其他地方，再执行中断处理。
中断向量表的程序实现通常如下表示：
AREA Boot ,CODE, READONLY
ENTRY
B ResetHandler
B UndefHandler
B SWIHandler
B PreAbortHandler
B DataAbortHandler
B
B IRQHandler
B FIQHandler
其中关键字ENTRY是指定编译器保留这段代码，因为编译器可能会认为这是一段亢余代码而加以优化。链接的时候要确保这段代码被链接在0地址处，并且作为整个程序的入口。
放在0地址处的中断向量表的ResetHandler一般放在FLASH内，其他中断向量的入口地址可以是FLASH内的，也可以是SDRAM内的，但是在为操作系统初始化时应该为SDRAM的地址。
例如作为uClinux的启动代码，此处应该为内存地址。一般有两种实现方式：
1.1               1．第一种实现方式
b    reset
       add  pc, pc, #0x0c000000
       add  pc, pc, #0x0c000000
       add  pc, pc, #0x0c000000
       add  pc, pc, #0x0c000000
       add  pc, pc, #0x0c000000
       add  pc, pc, #0x0c000000
       add  pc, pc, #0x0c000000

0x0c000000为内存起始地址，uClinux将中断向量放入地址0x0c000008，因为cpu发生中断时仍然会跳转到0地址处的中断向量表中去，所以此处要修改中断向量表的地址，使程序能正确跳转到uClinux实现的中断向量处。此处需要注意，由于ARM系统的三级流水线技术，当程序执行到x地址处，pc指针的值其实等于x+8.
在uClinux中实现如下：
#ifdef CONFIG_ARCH_S3C44B0
#undef vectors_base()
#define vectors_base()  (0x0c000008)
#endif
所以add  pc, pc, #0x0c000000这条语句将会有8的偏移量。

1.2               2．第二种实现方式：
b rest
ldr pc,= 0x0c000004
ldr pc,= 0x0c000008
ldr pc,= 0x0c00000c
ldr pc,= 0x0c000010
b .
ldr pc,= 0x0c000018  //irq中断
ldr pc,= 0x0c00001c
但相应的linux源代码应作修改，这时uClinux中实现如下：
#ifdef CONFIG_ARCH_S3C44B0
#undef vectors_base()
#define vectors_base()  (0x0c000000)
#endif
即只要当发生中断时，cpu发生中断时跳转到0地址处的中断向量表中去，再这里能跳转到uClinux的vectors_base()地址处。

ARM7有两种IRQ中断模式
（1）.向量中断时0地址代码如下：
其中从0x20开始处一定要按顺序放入
ENTRY
b ResetHandler ; 0x00
b HandlerUndef ; 0x04
b HandlerSWI ; 0x08
b HandlerPabort ; 0x0c
b HandlerDabort ; 0x10
b . ; 0x14
b HandlerIRQ ; 0x18
b HandlerFIQ ; 0x1c
ldr pc,=HandlerEINT0 ; 0x20
ldr pc,=HandlerEINT1
ldr pc,=HandlerEINT2
ldr pc,=HandlerEINT3
ldr pc,=HandlerEINT4567
ldr pc,=HandlerTICK ; 0x34
b
b .
ldr pc,=HandlerZDMA0 ; 0x40
ldr pc,=HandlerZDMA1
ldr pc,=HandlerBDMA0
ldr pc,=HandlerBDMA1
ldr pc,=HandlerWDT
ldr pc,=HandlerUERR01 ; 0x54
b .
b .
ldr pc,=HandlerTIMER0 ; 0x60
ldr pc,=HandlerTIMER1
ldr pc,=HandlerTIMER2
ldr pc,=HandlerTIMER3
ldr pc,=HandlerTIMER4
ldr pc,=HandlerTIMER5 ; 0x74
b .
b .
ldr pc,=HandlerURXD0 ; 0x80
ldr pc,=HandlerURXD1
ldr pc,=HandlerIIC
ldr pc,=HandlerSIO
ldr pc,=HandlerUTXD0
ldr pc,=HandlerUTXD1 ; 0x94
b .
b .
ldr pc,=HandlerRTC ; 0xa0
b .
b .
b .
b .
b .
b .
ldr pc,=HandlerADC ; 0xb4

2．非向量IRQ中断模式
ENTRY
b ResetHandler ; for debug
b HandlerUndef ; handlerUndef
b HandlerSWI ; SWI interrupt handler
b HandlerPabort ; handlerPAbort
b HandlerDabort ; handlerDAbort
b . ; handlerReserved
b IsrIRQ
b HandlerFIQ
. . . . . .
IsrIRQ
sub sp,sp,#4 ; reserved for PC
stmfd sp!,{r8-r9}
ldr r9,=I_ISPR
ldr r9,[r9]
mov r8,#0x0
0 movs r9,r9,lsr #1
bcs %F1
add r8,r8,#4
b %B0
1 ldr r9,=HandleADC
add r9,r9,r8
ldr r9,[r9]
str r9,[sp,#8]
ldmfd sp!,{r8-r9,pc}
. . . . . .
HandleADC # 4
HandleRTC # 4
HandleUTXD1 # 4
HandleUTXD0 # 4
. . . . . .
HandleEINT3 # 4
HandleEINT2 # 4
HandleEINT1 # 4
HandleEINT0 # 4 ;

此处通过判断I_ISPR的值可以跳到相应的中断处理函数处。
此处的Bootloader采用非向量IRQ中断方式，通过以下头文件的定义可以方便的把中断向量处理函数的地址传入：
/* ISR */
#define pISR_RESET    (*(unsigned *)(_ISR_STARTADDRESS+0x0))
#define pISR_UNDEF    (*(unsigned *)(_ISR_STARTADDRESS+0x4))
#define pISR_SWI  (*(unsigned *)(_ISR_STARTADDRESS+0x8))

#define pISR_PABORT  (*(unsigned *)(_ISR_STARTADDRESS+0xc))
#define pISR_DABORT  (*(unsigned *)(_ISR_STARTADDRESS+0x10))
#define pISR_RESERVED    (*(unsigned *)(_ISR_STARTADDRESS+0x14))
#define pISR_IRQ   (*(unsigned *)(_ISR_STARTADDRESS+0x18))
#define pISR_FIQ   (*(unsigned *)(_ISR_STARTADDRESS+0x1c))

#define pISR_ADC (*(unsigned *)(_ISR_STARTADDRESS+0x20))
#define pISR_RTC  (*(unsigned *)(_ISR_STARTADDRESS+0x24))
#define pISR_UTXD1     (*(unsigned *)(_ISR_STARTADDRESS+0x28))
#define pISR_UTXD0     (*(unsigned *)(_ISR_STARTADDRESS+0x2c))
#define pISR_SIO   (*(unsigned *)(_ISR_STARTADDRESS+0x30))
#define pISR_IIC    (*(unsigned *)(_ISR_STARTADDRESS+0x34))
#define pISR_URXD1     (*(unsigned *)(_ISR_STARTADDRESS+0x38))
#define pISR_URXD0     (*(unsigned *)(_ISR_STARTADDRESS+0x3c))
#define pISR_TIMER5    (*(unsigned *)(_ISR_STARTADDRESS+0x40))
#define pISR_TIMER4    (*(unsigned *)(_ISR_STARTADDRESS+0x44))
#define pISR_TIMER3    (*(unsigned *)(_ISR_STARTADDRESS+0x48))
#define pISR_TIMER2    (*(unsigned *)(_ISR_STARTADDRESS+0x4c))
#define pISR_TIMER1    (*(unsigned *)(_ISR_STARTADDRESS+0x50))
#define pISR_TIMER0    (*(unsigned *)(_ISR_STARTADDRESS+0x54))
#define pISR_UERR01   (*(unsigned *)(_ISR_STARTADDRESS+0x58))
#define pISR_WDT (*(unsigned *)(_ISR_STARTADDRESS+0x5c))
#define pISR_BDMA1    (*(unsigned *)(_ISR_STARTADDRESS+0x60))
#define pISR_BDMA0    (*(unsigned *)(_ISR_STARTADDRESS+0x64))
#define pISR_ZDMA1    (*(unsigned *)(_ISR_STARTADDRESS+0x68))

#define pISR_ZDMA0    (*(unsigned *)(_ISR_STARTADDRESS+0x6c))
#define pISR_TICK (*(unsigned *)(_ISR_STARTADDRESS+0x70))
#define pISR_EINT4567 (*(unsigned *)(_ISR_STARTADDRESS+0x74))
#define pISR_EINT3      (*(unsigned *)(_ISR_STARTADDRESS+0x78))
#define pISR_EINT2      (*(unsigned *)(_ISR_STARTADDRESS+0x7c))
#define pISR_EINT1      (*(unsigned *)(_ISR_STARTADDRESS+0x80))
#define pISR_EINT0      (*(unsigned *)(_ISR_STARTADDRESS+0x84))

通过如下代码就可以实现UART0口的中断处理了：
rINTCON=0x5;    //Non-vectored,IRQ enable,FIQ disable
    rINTMOD=0x0;    //All=IRQ mode
    pISR_URXD0=(unsigned)Uart0_RxInt;

当在地址0处将中断向量跳到内存后，相应的中断向量就应该拷贝到内存地址处。把以下代码从FLASH拷贝到SDRAM中：
real_vectors:
       b     reset
       b     undefined_instruction
       b     software_interrupt
       b     prefetch_abort
       b     data_abort
       b     not_used
       b     irq
       b     fiq
undefined_instruction:
       mov r6, #3
       b     endless_blink
software_interrupt:
       mov r6, #4
       b     endless_blink
prefetch_abort:
       mov r6, #5
       b     endless_blink
data_abort:
       mov r6, #6
       b     endless_blink
not_used:
       /* we *should* never reach this */
       mov r6, #7
       b     endless_blink
irq:
sub sp,sp,#4 ; reserved for PC
stmfd sp!,{r8-r9}
ldr r9,=I_ISPR
ldr r9,[r9]
mov r8,#0x0
0 movs r9,r9,lsr #1
bcs %F1
add r8,r8,#4
b %B0
1 ldr r9,=HandleADC
add r9,r9,r8
ldr r9,[r9]
str r9,[sp,#8]
ldmfd sp!,{r8-r9,pc}
. . . . . .
fiq:
       mov r6, #9
       b     endless_blink
有了如上步骤就可以在bootloader中实现中断处理了。

1.3               二．Reset中断处理如下内容
1 初始化存储器系统
存储器地址分布
一种典型的情况是启动ROM的地址重映射。
初始化堆栈
因为ARM有7种执行状态，每一种状态的堆栈指针寄存器（SP）都是独立的。因此，对程序中需要用到的每一种模式都要给SP定义一个堆栈地址。方法是改变状态寄存器内的状态位，使处理器切换到不同的状态，让后给SP赋值。注意：不要切换到User模式进行User模式的堆栈设置，因为进入User模式后就不能再操作CPSR回到别的模式了，可能会对接下去的程序执行造成影响。
这是一段堆栈初始化的代码示例，其中只定义了三种模式的SP指针：
MRS R0,CPSR
BIC R0,R0,#MODEMASK ;安全起见，屏蔽模式位以外的其他位
ORR R1,R0,#IRQMODE
MSR CPSR_cxfs,R1
LDR SP,=UndefStack

ORR R1,R0,#FIQMODE
MSR CPSR_cxsf,R1
LDR SP,=FIQStack

ORR R1,R0,#SVCMODE
MSR CPSR_cxsf,R1
LDR SP,=SVCStack
2初始化有特殊要求的端口，设备
   这里视不同的硬件设计而不同。

3  初始化应用程序执行环境
映像一开始总是存储在ROM／Flash里面的，其RO部分即可以在ROM／Flash里面执行，也可以转移到速度更快的RAM中执行；而RW和ZI这两部分是必须转移到可写的RAM里去。所谓应用程序执行环境的初始化，就是完成必要的从ROM到RAM的数据传输和内容清零。
下面是在ADS下，一种常用存储器模型的直接实现：
LDR r0,=|Image$$RO$$Limit| ;得到RW数据源的起始地址
LDR r1,=|Image$$RW$$Base| ;RW区在RAM里的执行区起始地址
LDR r2,=|Image$$ZI$$Base| ;ZI区在RAM里面的起始地址
CMP r0,r1 ;比较它们是否相等
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
程序实现了RW数据的拷贝和ZI区域的清零功能。其中引用到的4个符号是由链接器第一输出的。
|Image$$RO$$Limit|：表示RO区末地址后面的地址，即RW数据源的起始地址
|Image$$RW$$Base|：RW区在RAM里的执行区起始地址，也就是编译器选项RW_Base指定的地址
|Image$$ZI$$Base|：ZI区在RAM里面的起始地址
|Image$$ZI$$Limit|：ZI区在RAM里面的结束地址后面的一个地址
程序先把ROM里|Image$$RO$$Limt|开始的RW初始数据拷贝到RAM里面|Image$$RW$$Base|开始的地址，当RAM这边的目标地址到达|Image$$ZI$$Base|后就表示RW区的结束和ZI区的开始，接下去就对这片ZI区进行清零操作，直到遇到结束地址|Image$ZI$$Limit|

4 改变处理器模式
因为在初始化过程中，许多操作需要在特权模式下才能进行（比如对CPSR的修改），所以要特别注意不能过早的进入用户模式。
内核级的中断使能也可以考虑在这一步进行。如果系统中另外存在一个专门的中断控制器，这么做总是安全的。
5  呼叫主应用程序
当所有的系统初始化工作完成之后，就需要把程序流程转入主应用程序。最简单的一种情况是：
IMPORT main
B main
直接从启动代码跳转到应用程序的主函数入口，当然主函数名字可以由用户随便定义。
在ARM ADS环境中，还另外提供了一套系统级的呼叫机制。
IMPORT __main
B __main
__main()是编译系统提供的一个函数，负责完成库函数的初始化和初始化应用程序执行环境，最后自动跳转到main()函数。