周立功lpc21xx/lpc22xx系列ARM7啟動代碼分析

所以還是做一個ARM7的啟動代碼分析吧, 網上那一份相比，我這個主要關注startup.s文件.網上那個startup.s幾乎是一筆帶過的.

紅色標記的是源碼.

SVC_STACK_LEGTH EQU 0

FIQ_STACK_LEGTH EQU 0

IRQ_STACK_LEGTH EQU 256

ABT_STACK_LEGTH EQU 0

UND_STACK_LEGTH EQU 0

NoInt EQU 0x80

USR32Mode EQU 0x10

SVC32Mode EQU 0x13

SYS32Mode EQU 0x1f

IRQ32Mode EQU 0x12

FIQ32Mode EQU 0x11

上面幾行代碼，不用過多分析, 定義幾個符號而已, 把EQU想像成C中的#define就可以了. 具體定義的數值，下面的代碼用到我再解釋.

IMPORT __use_no_semihosting_swi

上面這一句的作用是在代碼中禁用 semihosting 機制. 到底什么是semihostiong這里不多說, 網上有很多. 這里只說明Semihosting主要用來調試, 在release版本的代碼中一般是要禁用的.

IMPORT FIQ_Exception

IMPORT __main

IMPORT TargetResetInit

上面三行是把要引入的外部標號聲明一下，以便下面使用.

EXPORT bottom_of_heap

EXPORT StackUsr

EXPORT Reset

EXPORT __user_initial_stackheap

上面四行是把要給其它文件使用的標號聲明

AREA vectors,CODE,READONLY

ENTRY

上面這一行聲明匯編文件的入口, 整個文件是從這里開始執行的.

Reset

LDR PC, ResetAddr

LDR PC, UndefinedAddr

LDR PC, SWI_Addr

LDR PC, PrefetchAddr

LDR PC, DataAbortAddr

DCD 0xb9205f80

LDR PC, [PC, #-0xff0]

LDR PC, FIQ_Addr

上面幾行是配置中斷向量表. 中斷向量表的順序是不能變的,因為這是ARM7規定的，可以參考相關書籍. 這里有幾個問題要說明一下.

第一, 關于DCD 0xb9205f80, 按照ARM7的中斷向量表分布圖, 這個位置是個保留位. 但是究竟為什么要用0xb9205f80這個數值呢.

根據周立功的說法, nxp系列的lpc21xx,lpc22xx片子要求"中斷向量表中所有數據32位累加和為0，否則程序不能脫機運行", 我在AXD反匯編了一下（如下圖），把中斷向量表中的8個機器碼累加了一下:0xe59ff018*6+0xe51ffff0+0xb9205f80，沒錯, 結果是零. 但是我遇到一個問題, 就是我在實驗中,把0xb9205f80這個數值改成任何值，程序運行都沒問題. 頭大了, 這個問題待解決中……(希望高手看到了可以指點一二).

第二,關于LDR PC, [PC, #-0xff0].這里本應該放IRQ中斷的, 為什么是這么一句話. 其實在我blog的其中一篇文章里有提到過這一點.

ARM7的三級流水線結構導致了PC指向的是當前指令的后8個字節. 本來IRQ是應該放在0x00000018處的. LDR PC, [PC, #-0xff0]這條語句執行后, PC的當前值就是0x00000018+8-0xff0. 很容易計算出它的結果是0xfffff030. 看一下lpc22xx的手冊就知道. 這個地址就是VICVectAddr. 也就是說本來這個地址是應該放IRQ服務程序的入口地址的,但是這個地址被放在了VICVectAddr 這個寄存器里. 英文手冊里有一段對VICVectAddr 描述. 看了之后就容易明白是怎么回事了: Vector Address Register. When an IRQ interrupt occurs, the IRQ service routine can read this register and jump to the value read

ResetAddr DCD ResetInit

UndefinedAddr DCD Undefined

SWI_Addr DCD SoftwareInterrupt

PrefetchAddr DCD PrefetchAbort

DataAbortAddr DCD DataAbort

Nouse DCD 0

IRQ_Addr DCD 0

FIQ_Addr DCD FIQ_Handler

這幾行是為上面中斷向量表中的中斷標號分配內存空間, 也就是它們的執行地址. 一開始我有個疑問, 為什么不直接用LDR PC, ResetInit，還要用DCD中轉一下, 后來上網查了一下，才恍然大悟, ldr指令中的地址必須為當前指令地址是4KB范圍內, 用DCD中轉一下就可以在整個程序空間尋址.

Undefined

B Undefined

SoftwareInterrupt

B SoftwareInterrupt

PrefetchAbort

B PrefetchAbort

DataAbort

B DataAbort

FIQ_Handler

STMFD SP!, {R0-R3, LR}

BL FIQ_Exception

LDMFD SP!, {R0-R3, LR}

SUBS PC, LR, #4

這幾行不用過多解釋, 只是說明上面幾個異常如何執行.

InitStack

MOV R0, LR

;設置管理模式堆棧

MSR CPSR_c, #0xd3

LDR SP, StackSvc

;設置中斷模式堆棧

MSR CPSR_c, #0xd2

LDR SP, StackIrq

;設置快速中斷模式堆棧

MSR CPSR_c, #0xd1

LDR SP, StackFiq

;設置中止模式堆棧

MSR CPSR_c, #0xd7

LDR SP, StackAbt

;設置未定義模式堆棧

MSR CPSR_c, #0xdb

LDR SP, StackUnd

;設置系統模式堆棧

MSR CPSR_c, #0xdf

LDR SP, =StackUsr

MOV PC, R0

上面是一個子函數, 函數名為InitStack. 顧名思意, 這個函數設置ARM七種工作模式下的堆棧. 關于這一段代碼有三點要說.

第一,MSR CPSR_c, #0xdf, 這一句把ARM的工作模式設置為系統模式,或者也可以說是用戶模式, 因為系統模式與用戶模式是共享相同的寄存器組. 用0xdf對CPSR寄存器賦值，就把IRQ中斷關閉了(可以查一下CRSR的詳細說明), 代碼正常執行時處理器是處在用戶模式的，所以IRQ中斷是不會執行的. 所以，如果用周立功的這個啟動代碼，當你的程序中需要中斷時，要把0xdf改成0x5f. 之前看到很多人在網上說用周立功的ADS工程模板，進不了中斷，很多情況下是這個原因.

第二, 并不是每一種模式下的堆棧都用設置的, 比如說如果你的程序中不會用到FIQ，就可以不用設置快速中斷下的堆棧.

第三, 注意LDR SP, =StackUsr這個語句, 其它都是沒有=號的, 為什么這個要用等號呢? 這就是LDR偽指令與LDR指令的區別了,LDR SP, =StackUsr是把StackUsr表示的地址裝載到sp,LDR SP, StackUnd是把StackUnd表示地址的內容裝載到sp,注意下面幾句

StackSvc DCD SvcStackSpace + (SVC_STACK_LEGTH - 1)* 4

StackIrq DCD IrqStackSpace + (IRQ_STACK_LEGTH - 1)* 4

StackFiq DCD FiqStackSpace + (FIQ_STACK_LEGTH - 1)* 4

StackAbt DCD AbtStackSpace + (ABT_STACK_LEGTH - 1)* 4

StackUnd DCD UndtStackSpace + (UND_STACK_LEGTH - 1)* 4

可以看到，沒有”=”的標號都已經用DCD初始化了, 而StackUsr到底是什么呢, 它是由下面的語句決定的

(startup.s文件)

AREA Stacks, DATA, NOINIT

StackUsr

(分散加載文件)

STACKS 0x40002000 UNINIT

{

Startup.o (Stacks)

}

這樣就明白了, StackUsr肯定是0x40000000~0x400020000之間的某個數. 用戶模式下的堆棧空間就是它了.

ResetInit

BL InitStack

BL TargetResetInit

B __main

處理器上電復位后通過中斷向量表進入該函數,__main函數主要工作是初始化C的庫函數, 并由它進入C的main函數.

__user_initial_stackheap

LDR r0,=bottom_of_heap

; LDR r1,=StackUsr

MOV pc,lr

__user_initial_stackheap函數是ADS的一個庫函數, 如果程序中用到的分散加載文件, 這個函數必須要被實現. 應用程序的棧和heap是在C庫函數初始化過程中建立起來的。可以通過重定向對應的子程序來改變堆棧和heap的位置. 堆棧的地址在分散加載文件里已經指定好，本函數不應該修改它們的值. 用r0,r1分別返回heap和stack的基址. 關于ADS的存儲器機制大家可以去網上查更詳細的資料.

StackSvc DCD SvcStackSpace + (SVC_STACK_LEGTH - 1)* 4

StackIrq DCD IrqStackSpace + (IRQ_STACK_LEGTH - 1)* 4

StackFiq DCD FiqStackSpace + (FIQ_STACK_LEGTH - 1)* 4

StackAbt DCD AbtStackSpace + (ABT_STACK_LEGTH - 1)* 4

StackUnd DCD UndtStackSpace + (UND_STACK_LEGTH - 1)* 4

AREA MyStacks, DATA, NOINIT, ALIGN=2

SvcStackSpace SPACE SVC_STACK_LEGTH * 4 ;Stack spaces for Administration Mode

IrqStackSpace SPACE IRQ_STACK_LEGTH * 4 ;Stack spaces for Interrupt ReQuest Mode

FiqStackSpace SPACE FIQ_STACK_LEGTH * 4 ;Stack spaces for Fast Interrupt reQuest Mode

AbtStackSpace SPACE ABT_STACK_LEGTH * 4 ;Stack spaces for Suspend Mode

UndtStackSpace SPACE UND_STACK_LEGTH * 4 ;Stack spaces for Undefined Mode

上面幾行代碼是為各個模式下的堆棧分配空間. 其中MyStacksA的位置會在分散加載文件中指定.

IF :DEF: EN_CRP

IF . >= 0x1fc

INFO 1,"nThe data at 0x000001fc must be 0x87654321.nPlease delete some source before this line."

ENDIF

CrpData

WHILE . < 0x1fc

NOP

WEND

CrpData1

DCD 0x87654321 ;/*When the Data is 為0x87654321,user code be protected. 當此數為0x87654321時，用戶程序被保護 */

ENDIF

上面這幾行其實是加密芯片用的, lpc21xx和lpc22xx系列的ARM7,當你的工程選擇RelInFlash時, 代碼寫進flash,芯片也同時被加密, 加密狀態下JTAG也讀不到芯片, 也不能單步調試, 要解密的話必須要用ISP完全擦除一下. 上面的代碼的意思就是在地址0x1fc處放數據0x87654321, 從而實現加密的功能, 但前提是IF :DEF: EN_CRP, 也就是定義了EN_CPP這個宏. 而這個宏是在當選擇了RelInFlash時ADS自動定義的. 然后，再說一下0x87654321的問題. LPC2100 系列ARM7微控制器是世界首款可加密的ARM芯片，對其加密的方法是通過用戶程序在指定地址上設置規定的數據。PHILIPS公司規定，對于 LPC2100芯片(除LPC2106/2105/2104外)，當片內FLASH地址0x000001FC處的數據為0x87654321時，芯片即被加密. 所以問題搞定.