第二季-专题5-核心初始化

专题5-核心初始化

第1课-异常向量表

一．概念解析

异常定义

因为内部或者外部的一些事，导致处理器停下正在处理的工作，转而出处理这些发生的事件。

异常类型

Arm处理器有七种异常类型，依次是：重启键，用户自己的命令未识别，软中断，预取指令识别，取数据失败，中断，快速中断。

异常向量

当一种异常发生的时候，ARM处理器会跳转到对应异常的固定地址去执行异常处理程序，而这个固定的地址，就称为异常向量。

向量表

由七个异常向量以及其处理函数跳转关系组成的表就是异常向量表：

0x00000000: b reset

0x00000004: ldr pc, _undefined_instruction

0x00000008: ldr pc, -software_interrupt

0x0000000c: ldr pc, _prefetch_abort

0x00000010: ldr pc, _data_abort

0x00000014: ldr pc, _not_used

0x00000018: ldr pc, _irq

0x0000001c: ldr pc, _lrq

二．代码编写

start.s

gboot.lds

makefile

start.S

.text

.global _start

_start:

b reset

ldr pc, _undefined_instruction

ldr pc, _software_interrupt

ldr pc, _prefetch_abort

ldr pc, _data_abort

ldr pc, _not_used

ldr pc, _irq

ldr pc, _fiq

_undefined_instruction: .word undefined_instruction @使得伪指令变成了装载指令

_software_interrupt: .word software_interrupt

_prefetch_abort: .word prefetch_abort

_data_abort: .word data_abort

_not_used: .word not_used

_irq: .word irq

_fiq: .word fiq

undefined_instruction:

nop

software_interrupt:

nop

prefetch_abort:

nop

data_abort:

nop

not_used:

nop

irq:

nop

fiq:

nop

reset:

nop

gboot.lds

OUTPUT_ARCH(arm) //宏定义，输出格式是arm的

ENTRY(_start) //宏定义，输出程序的入口

SECTIONS {

. = 0x30008000; //起始地址

. = ALIGN(4); //四字节，对齐的处理

.text : //代码段

{

start.o (.text)

*(.text)

}

. = ALIGN(4);

.data : //数据段

{

*(.data)

}

. = ALIGN(4);

bss_start = .;

.bss : //bss段

{

*(.bss)

}

bss_end = .;

}

makefile

all: start.o

arm-linux-ld -Tgboot.lds -o gboot.elf $^

arm-linux-objcopy -O binary gboot.elf gboot.bin

%.o : %.S

arm-linux-gcc -g -c $^ //通用规则

%.o : %.c

arm-linux-gcc -g -c $^

.PHONY: clean

clean:

rm *.o *.elf *.bin

三． 210处理器BL1头信息添加

我们编写的gboot充当BL1的作用，在210的irom中自带BL0，上电后率先运行的就是BL0，在BL0运行之后会进行一个校验。BL1之前是有16个字节的头的，LB0将BL1拷贝到irom里面后，会通过对BL1的计算，得到校验码。将这个经验吗和在BL1的头中填入的校验码进行比对，若是比对结果一样，BL1可以运行；若是不一样就BL1就不能运行，若BL1之中没有头文件，肯定BL1就不会运行。头文件格式如下：

0x0写的是：BL1的大小；

0x4没有用到；

0x8写的是用户写入的校验码大小；

0xc没有用到。

第2课-设置svc模式

这一部分不需要做2440、6410和210的区分

这是linux系统的其中工作模式，对于bootloader它的工作模式是supervisor，一种比较高级的工作模式，本节课的重点就是将处理它设置在supervisor模式。具体依靠的是程序状态字寄存器：

0-4字段设置的是工作模式，，将这5个字设置为10011就可以。

步骤：

（1）将这五个字段全部置零：bic

（2）将其中的三个字段置1：orr

（3）为了访问CPSR或者SPSR，需要使用mrs和msr

对start.s进行改动，如下：

.text

.global _start

_start:

b reset

ldr pc, _undefined_instruction

ldr pc, _software_interrupt

ldr pc, _prefetch_abort

ldr pc, _data_abort

ldr pc, _not_used

ldr pc, _irq

ldr pc, _fiq

_undefined_instruction: .word undefined_instruction

_software_interrupt: .word software_interrupt

_prefetch_abort: .word prefetch_abort

_data_abort: .word data_abort

_not_used: .word not_used

_irq: .word irq

_fiq: .word fiq

undefined_instruction:

nop

software_interrupt:

nop

prefetch_abort:

nop

data_abort:

nop

not_used:

nop

irq:

nop

fiq:

nop

reset:

bl set_svc

set_svc:

mrs r0, cpsr @从cpsr取值

bic r0, r0, #0x1f

orr r0, r0, #0xd3 @理论上是#0x13用来表示10011，这里用#0xd3来表示@11010011，设置I和F两位为1，屏蔽了中断与快速中断

msr cpsr, r0 @将值放在cpsr

mov pc, lr

第3课-关闭看门狗

作用

在嵌入式领域，有些系统需要长期运行在无人看守的环境。在运行的过程中，难免不出现系统死机的情况，这时候需要系统自带的一种自动重启的功能。Watchdaog一般是一个硬件模块，起作用就是在系统死机时，帮助系统实现自动重启。

工作方式

Watchdaog在在硬件上实现了计时功能，启动计时后，用户（软件）必须在计时结束前重新开始计时，俗称“喂狗”，如果到超时的时候还没有重新开始计时，那么它就认为系统是死机了，就自动重启系统。

原理图

时钟源经过WTCON[15:8]和WTCON[4:3]分频器的处理，得到我们需要的时钟信号，之后通过WTCNT进行计数，当它检测到0的时候，没有新的WTDAT信号来重置，下面通过WTCON[0]进行重启。

看门狗有这么好的作用，之所以要关闭看门狗，因为bootloader是一个简单的程序，一般是不需要使用的，使用它会增加“喂狗”的操作，增加系统而定负担。

我们通过寄存器来完成这个操作。

在2440中，寄存器名字为WTCON，如下：

在6410中，寄存器名字为WTCON，如下：

设置与2440一样。

在210中的WTCON的地址是0xE2700000，其他设置与2440一样。

代码实现

修改start.s的下半部分，如下：

reset:

bl set_svc

bl disable_watchdog

set_svc:

mrs r0, cpsr

bic r0, r0, #0x1f

orr r0, r0, #0xd3

msr cpsr, r0

mov pc, lr

#define pWTCON 0x53000000

disable_watchdog:

ldr r0, =pWTCON @把地址装载到r0

mov r1, #0x0 @mov只能访问通用寄存器，都设置为0

str r1, [r0] @将0的值都放在r0中

mov pc, lr

第4课-关闭中断

步骤：

（1）在CPSR中将I位（中断位）和F位（快速中断位）设置为1，将它们关闭，这在我们设置svc模式的时候已经设置了#0xd3

（2） 设置中断屏蔽寄存器，把中断屏蔽掉

2440：

在s3c2440的芯片手册中，找到下图：

当中断请求前来的时候，会将请求指令记录在SRCPND里面，中断的请求要送到处理器，还要送到MASK寄存器，若将MASK（屏蔽寄存器）屏蔽掉请求信号，就不会有中断操作。在芯片手册的233页找到如下的内容：

这是32位的寄存器，将其中某一位写做1，对应的中断就会被屏蔽，也就是，将所有的位都置1就好了。

代码：

2440，将start.s作如下修改：

reset:

bl set_svc

bl disable_watchdog

bl disable_interrupt

set_svc:

mrs r0, cpsr

bic r0, r0,#0x1f

orr r0, r0,#0xd3

msr cpsr, r0

mov pc, lr

#define pWTCON 0x53000000

disable_watchdog:

ldr r0, =pWTCON

mov r1, #0x0

str r1, [r0]

mov pc, lr

disable_interrupt:

mvn r1, #0x0 @取反后赋值

ldr r0, =0x4a000008 @将寄存器地址记录下

str r1, [r0] @将值幅值给地址

mov pc, lr @返回原位置

6410：

6410中有两个中断使能寄存器，如下：

6410中有两个中断关闭寄存器，如下：

代码如下：

reset:

bl set_svc

bl disable_watchdog

bl disable_interrupt

set_svc:

mrs r0, cpsr

bic r0, r0,#0x1f

orr r0, r0,#0xd3

msr cpsr, r0

mov pc, lr

#define pWTCON 0x7e004000

disable_watchdog:

ldr r0, =pWTCON

mov r1, #0x0

str r1, [r0]

mov pc, lr

disable_interrupt:

mvn r1,#0x0

ldr r0,=0x71200014

str r1,[r0]

ldr r0,=0x71300014

str r1,[r0]

mov pc, lr

210：

210与6410类似都是采用向量中断，也分为使能IntEnable寄存器和屏蔽IntEnable寄存器。由于210分为更多功能的中断，它的屏蔽寄存器有4个，保存的地址分别是：

在6410基础上改写的代码是：

disable_interrupt:

mvn r1,#0x0

ldr r0,=0xf2000014

str r1,[r0]

ldr r0,=0xf2100014

str r1,[r0]

ldr r0,=0xf2200014

str r1,[r0]

ldr r0,=0xf2300014

str r1,[r0]

mov pc, lr

第5课-关闭mmu与cache

ARM存储体系

金字塔顶端是各种寄存器，访问速度快但是数量有限；第二层是TCM，包括内存与cache，数量较多，但速度相对来说慢一些；辅助存储器数量更多，但是访问速度更加缓慢。

cache

cache的存储图如下：

对比有无cache的访问主内存的方式，有cache的系统对主内存的访问效率更高。

cache是一种容量小但存取速度非常快的存储器，它保存最近用到的存储器中数据的拷贝。对于程序员来说，cache是透明的。它自动决定保存哪些数据、覆盖哪些数据。按照功能划分：

I-Cache: 指令Cache，用于存放指令

D-Cache：数据Cache，用于存放数据

对于2440的存储结构如下：

其中既有Data Cache有Instruction Cache，它们的大小都是16Kb。210中的连个cache大小是32KB。

虚拟地址

虚拟地址：程序中使用的地址。

物理地址：物理存储单元实际的地址

使用虚拟地址

-可以让进程使用更大的空间

-可以解决冲突

mmu作用

在Arm11之前，根据虚拟地址就可访问cache，但是在Arm11本身包括之后的操作，需要实际的物理地址才能访问cache

关闭cache和mmu

mmu与cache的使用是需要一系列的配置才能使用的，并不是不用。只是在初始化的时候，必须将它们关闭，控制它们的是协处理器CP15。

2440：

在920核心手册里面，可以看到CP15有一个control register寄存器，它也是32位的寄存器，12位作用是Icache enable，第2为控制Dcache enable，第0位控制MMU，如下：

我们还要设置CP15里面的第7个寄存器，使得原本的数据无效，指令是：

MCR p15, 0, Rd, c7, c7, 0

步骤：

（1）使Icache和Dcache失效

（2）关闭Icache、Dcache和关闭mmu

修改start.s代码为：

reset:

bl set_svc

bl disable_watchdog

bl disable_interrupt

bl disable_mmu

disable_mmu:

mcr p15,0,r0,c7,c7,0 @使Icache和Dcache失效

mrc p15,0,r0,c1,c0,0 @将寄存器读出来，固定的格式，与下面的配对

bic r0, r0, #0x00000007 @使得第0和2位置零，12位可以不去处理

mcr p15,0,r0,c1,c0,0 @将寄存器写进去，固定的格式，与上面的配对

mov pc, lr @返回主函数的位置，bl将返回地址存在lr寄存器，当程序@运行结束，将返回地址传给pc指针

在6410与210的芯片上，CP15的结构是一样的，不用修改。

转载于:https://www.cnblogs.com/free-1122/p/11452006.html