嵌入式應用程序設計的基本知識
OHY 2006-11-13
一、嵌入式系統中的存儲映射
在ARM體系結構中，系統復位后將跳轉到地址0x00x處執行，該處存放的是復位異常中斷的中斷向量。對于嵌入式系統來說，在系統復位時RAM中是不存在代碼和數據的。因此在系統復位時，地址0x00處應為ROM，即系統復位后應該首先從ROM開始執行。這時，根據系統在其后運行過程中地址0x00處存儲器的類型，有下面兩種情況。
1、地址0x00處為ROM
這里說的地址0x00為ROM，是指在系統運行過程中，地址0x00為ROM。對于嵌入式系統來說，在系統復位時地址0x00處總為ROM。這種情況非常簡單，在地址0x00存存放著復位異常中斷向量，根據此中斷向量，程序跳轉到相應的位置開始進行系統初始化等操作。
這種情況有種缺點，通常相對于RAM來說，ROM的數據寬度較小，速度較慢，這會使系統響應異常中斷的速度較慢。而且如果異常中斷向量表放在ROM中，則中斷向量表內容不能修改。
2、地址0x00處為RAM
同樣，這里說的地址是指系統運行時地址為0x00，而嵌入式系統在系統復位時的地址0x00處總為ROM。因此，對于運行時地址處0x00為RAM的系統，為了保證系統復位后從ROM中開始執行，在系統復位時，系統中的映射機構將ROM映射到地址0x00處,然后在程序運行初幾條指令中，系統中的存儲機構進行地址重映射（remap）重新將RAM映射到地址0x00處。
相對于ROM來說，RAM的數據寬度較大，速度較快，這會使系統響應異常中斷的速度更快。而且如果異常中斷向量表放在RAM中，程序在運行中可以修改中斷向量表內容，使系統更為靈活。
如果系統正常運行過程中，地址0x00處為RAM，則在系統復位時需要執行下面操作序列。
1、系統復位時，ROM被映射到地址0x00處，程序從這里獲得復位異常中斷向量。
2、執行復位異常中斷向量。如：LDR  PC,=0x0f000004
3、設置地址重映射寄存器REMAP=1,重新將RAM映射到地址0x00開始的空間。
4、完成其他的初始化代碼。
二、系統初始化
系統的初始化部分包括兩個級別的操作：
系統運行環境初始化。
應用程序初始化。
A、系統運行環境初始化
對于嵌入式應用系統和具有操作系統支持的應用系統來說，相同運行環境初始化部分的工作時不同的。對于有操作系統支持的應用系統來說，在操作系統啟動時將會初始化系統的工作環境。操作系統在加載應用程序后，將控制權轉交到應用程序的main()函數。然后，C運行時庫的_main()初始化應用程序。而對于嵌入式應用系統來說，由于沒有操作系統的支持，存放在ROM的代碼必須進行所有的初始化工作。
系統運行環境的初始化工作主要包括一下的內容：
1、設置初始入口點。
初始入口點是映象文件運行時的入口點，每個映像文件只有一個的初始入口點，它保存在ELF頭文件中。如果映像文件是被操作系統加載的，操作系統正是通過跳轉到該初始入口點處執行來加載該映像文件的。初始入口點必須滿足下面兩個條件：
a、初始入口點必須位于映像文件的可執行區域。
b、包含初始入口點的可執行域不能被覆蓋，它的加載時地址和運行時地址必須是相同的。（這種域稱為固定域root region）
2、設置中斷向量表
如果系統運行時，地址0x00處為ROM，則相同的異常中斷向量表是固定的，程序在運行過程中不能修改異常中斷向量表。
如果系統運行時，地址0x00處為RAM，則系統初始化時必須重建異常中斷向量表。
3、初始化存儲系統
4、初始化數據棧指針
5、初始化關鍵的IO設備
指那些必須在使能IRQ和IFQ之前進行初始化的IO設備。
6、設置中斷昔日需要的RAM變量
7、使能異常中斷
通過清楚CPSR寄存器的中斷禁止位實現。
8、切換處理器模式
直到目前為止，系統還處于特權模式。如果下面要運行的應用程序是在用戶模式下運行，就需要將處理器切換到用戶模式。
9、切換程序狀態
所有的RAM內核都是從ARM狀態開始執行的。
B、應用程序初始化
1、將已經初始化的數據搬運到可寫的數據區。
在嵌入式系統中，已經初始化的數據在映像文件運行之前通常保存在ROM中，在程序運行過程中這些數據可能需要被修改。因而，在映像文件運行之前需要將這些數據搬運到可寫的數據區。這部分數據就是映像文件中的RW屬性的數據。
2、在可寫存儲區建立ZI屬性的可寫數據區。
通常在映像文件運行之前，也就是保存在ROM時，映像文件中沒有包含ZI屬性的數據。在運行映像文件時，在系統的可寫的數據區建立ZI屬性的數據區。
如果應用程序中包含了函數main()，編譯器在編譯該函數時，將引言符號_main。這樣，連接器在連接時將包含C運行時庫中的相應內容。_main可以完成這部分應用程序的初始化。
如果應用程序中沒有包含函數main()，應用程序中需要包括進行這部分應用程序的初始化