ARM7在嵌入式應用中啟動程序技術難點分析

技術難點分析

⑴.MMU的使用

MMU是存儲器管理單元的縮寫，是用來管理虛擬內存系統的器件。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(轉換旁置緩沖區)。所有數據請求都送往MMU，由MMU決定數據是在RAM內還是在大容量存儲器設備內。如果數據不在存儲空間內，MMU將產生頁面錯誤中斷。

MMU的兩個主要功能是:

將虛地址轉換成物理地址。

控制存儲器存取允許。MMU關掉時，虛地址直接輸出到物理地址總線。

在實踐中，使用MMU解決了如下幾個問題：

①使用DRAM作為大容量存儲器時，如果DRAM的行列是非平方的，會導致該DRAM的物理地址不連續，這將給程序的編寫調試造成極大不便，而適當配置MMU可將其轉換成虛擬地址連續的空間。

②ARM內核的中斷向量表要求放在0地址， 對于ROM在0地址的情況，無法調試中斷服務程序，所以在調試階段有必要將可讀寫的存儲器空間映射到0地址。

③系統的某些地址段是不允許被訪問的，否則會產生不可預料的后果,為了避免這類錯誤,可以通過MMU匹配表的設置將這些地址段設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:目標板上的16兆DRAM的物理地址區間為0xc000，0000～0xc07f，ffff;0xc100，0000～0xc17f，ffff;16兆ROM的虛擬地址區間為:0x0000，0000～0x00ff，ffff。匹配表配置如下:

可以看到左邊是連續的虛擬地址空間，右邊是不連續的物理地址空間，而且將DRAM映射到了0地址區間。 MMU通過虛擬地址和頁面表位置信息，按照轉換邏輯獲得對應物理地址，輸出到地址總線上。

應注意到的是使能MMU后，程序繼續運行，但是對于程序員來說程序計數器的指針已經改變，指向了ROM所對應的虛擬地址。

⑵目標文件的分布裝載分析

首先創建一個文本文件，稱為分布裝載描述文件。它為應用程序的各部分指定裝載區間和執行區間。

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，將產生一個分布裝載文件。

鏈接器同時產生一組符號，給出每個分布描述文件中命名的區間的長度，裝載地址和執行地址。由于鏈接器和C庫都沒有將代碼從它的裝載區間拷貝到執行區間，或創建一個零初始化區域的功能，所以要由應用程序員利用這組符號產生的信息完成這項工作，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 ; 檢查裝載地址和執行地址是否相同

BEQ do_zi_init ; 相同，則不拷貝該區間，初始化零數據區

MOV r2, r1 ； 不相同，將裝載區拷貝到執行區

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 ; 調用零初始化子程序

結束語：

本文介紹的啟動程序已經在以Cirrus Logic公司的EP7211和Ateml公司的AT91M40400開發的系統上運行并測試通過。今后可以在這一基礎上添加串行通信模塊和FLASH操作模塊，開發系統監控程序，從而實現應用程序的在線升級。