摘　　要：本文主要介紹了在不加載操作系統(tǒng)的情況下,如何使用IAR軟件平臺進行基于ARM的嵌入式系統(tǒng)開發(fā),包括了底層驅(qū)動、I/O控制,中斷控制等程序設(shè)計。

　　關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng);IAR;ARM;中斷控制

　　引言

　　在項目開發(fā),特別是中小型項目開發(fā)中,為了降低開發(fā)難度和開發(fā)成本,常選擇不加載操作系統(tǒng)的方案。本文選擇IAR嵌入式開發(fā)平臺,在不加載操作系統(tǒng)的前提下,使用C語言（約95％）和匯編語言（約5％）,對以ATMEL公司的AT91M40800芯片（ARM7TDMI內(nèi)核）為主芯片的工業(yè)控制系統(tǒng)進行了軟件開發(fā)。

圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

圖2 系統(tǒng)軟件框架

　　硬件構(gòu)架

　　系統(tǒng)的整體硬件框架如圖1所示,該系統(tǒng)基本包括了目前工業(yè)控制系統(tǒng)所需要的各種功能,其軟件開發(fā)十分具有代表性。

　　IAR集成開發(fā)環(huán)境

　　IAR開發(fā)平臺是瑞典IAR公司開發(fā)的基于C/C++編譯和調(diào)試技術(shù)的綜合開發(fā)平臺。該平臺是一套完整的集成開發(fā)環(huán)境,可以完成創(chuàng)建工程、編輯文件、編譯、匯編、連接和調(diào)試應(yīng)用程序的所有工作;同一個工作空間可放多個工程;可針對單個源文件,一組源文件或者全部源文件進行配置;提供工程模板,支持幾乎所有ARM內(nèi)核;提供ANSI標準C編譯器、ISO/ANSI C 和嵌入式C++庫;支持包括Wiggler JTAG接口等多種JTAG;提供了多種代碼優(yōu)化方式。

　　IAR生成的目標代碼分為調(diào)試版本（Debug）和發(fā)行版本（Release）兩種。其中Debug目標代碼的地址定義在SRAM中,將被下載到SRAM中執(zhí)行;Release目標代碼的地址定義在Flash中,終大部分在Flash中執(zhí)行。在程序編譯之前需要根據(jù)模板編寫Debug.xcl和Release.xcl這兩個內(nèi)存分配文件。在IAR提供的工程模板基礎(chǔ)上,需要修改的地方有：

　　-DROMSTART=2000000
　　-DROMEND=200FFFF
　　//ROM的地址段
　　-Z(CODE)INTVEC=00-3F
　　-DRAMSTART=2010000
　　-DRAMEND=207FFFF
　　//RAM的地址段
　　-D_USR_STACK_SIZE=20000
　　//棧的大小
　　-D_SVC_STACK_SIZE=50
　　-D_FIQ_STACK_SIZE=100
　　-D_ABT_STACK_SIZE=50
　　-D_UND_STACK_SIZE=50
　　-D_IRQ_STACK_SIZE=1000
　　-D_HEAP_SIZE=2000
　　//堆的大小

　　啟動代碼設(shè)計

　　通常C語言是從main函數(shù)開始執(zhí)行的,在沒有操作系統(tǒng)的情況下,對main函數(shù)的初始化工作由啟動代碼來完成,包括硬件初始化、堆棧初始化、各種寄存器的初始化等。

　　在完成所有的初始化工作以后,用一條跳轉(zhuǎn)指令進入C程序的main函數(shù),程序的控制權(quán)轉(zhuǎn)移到C程序。

　　驅(qū)動程序設(shè)計

　　系統(tǒng)的軟件框架如圖2所示。驅(qū)動程序包括設(shè)備驅(qū)動程序、中斷程序以及中斷服務(wù)程序。首先以Flash驅(qū)動設(shè)計為例。根據(jù)Flash的Datasheet及硬件設(shè)計,有以下定義：

　　#define FLASH_BASE ((volatile USHORT *)(0x01000000))
　　/*FLASH的基地址*/
　　/*定義flash的操作代碼*/
　　#define FLASH_SEQ_ADD1　　 (0x5555)
　　#define FLASH_SEQ_ADD2　　 (0x2AAA)
　　#define FLASH_CODE1　　　　 ((USHORT)(0xAA))
　　#define FLASH_CODE2　　　　 ((USHORT)(0x55))
　　#define ID_IN_CODE　　　　 ((USHORT)(0x90))
　　#define ID_OUT_CODE　　　　 ((USHORT)(0xF0))
　　#define WRITE_CODE　　　　 ((USHORT)(0xA0))
　　#define CHIP_ERASE_CODE　　 ((USHORT)(0x10))

　　然后編寫FLASH功能函數(shù)。下面的函數(shù)用于驗證FLASH的設(shè)備ID號：

　　-ramfunc-farfunc BOOL FLASH_Test(void)
　　{
　　//輸入命令序列,manuf_code表示生產(chǎn)編號,device_code表示設(shè)備編號
　　USHORT manuf_code,device_ code;
　　*(FLASH_BASE + FLASH_ SEQ_ADD1) = FLASH_CODE1;
　　*(FLASH_BASE + FLASH_ SEQ_ADD2) = FLASH_CODE2;
　　*(FLASH_BASE + FLASH_ SEQ_ADD1) = ID_IN_CODE;
　　//讀取生產(chǎn)編號和設(shè)備編號
　　manuf_code = *FLASH_BASE ;
　　device_code = *(FLASH_BASE + 1) ;
　　//退出產(chǎn)品認證模式
　　*(FLASH_BASE + FLASH_ SEQ_ADD1) = ID_OUT_CODE;
　　//判斷讀出的生產(chǎn)編號和設(shè)備編號是否正確
　　return ((manuf_code== 0x001f)&&(device_code==0x00c0));
　　}

　　中斷發(fā)生時,ARM內(nèi)核運行狀態(tài)會由一般模式（System & User）進入其它幾種模式（包括FIQ、IRQ等）,因此需要保護正在運行的現(xiàn)場（r0~r12通用寄存器）,同時將ARM狀態(tài)寄存器（CPSR和SPSR）入棧。中斷程序使用匯編語言保護寄存器,而中斷服務(wù)程序可以使用C語言編寫。這里以控制步進電機運動的定時器中斷為例：

　　tc0_handler
　　stmfd sp!, {r14}
　　;保護寄存器入棧
　　mrs r14, SPSR
　　stmfd sp!, {r14}
　　mrs r14, CPSR
　　stmfd sp!, {r0-r12,r14}　　　　
　　IMPORT Interrupt_Tc0
　　ldr r0,=Interrupt_Tc0
　　;此處跳轉(zhuǎn)進入C語言中斷服務(wù)程序Interrupt_Tc0( )
　　mov lr,pc
　　bx r0
　　IntExit
　　;中斷服務(wù)程序完畢
　　ldmia sp!,{r0-r12,r14}
　　;恢復(fù)現(xiàn)場
　　msr CPSR_cxsf, r14
　　ldmia sp!,{r14}
　　msr SPSR_cxsf,r14
　　ldmia sp!, {r14}
　　subs pc,lr,#4

　　值得注意的是,ARM的除法運算采用軟件除法方式,會用到r14寄存器,所以也必須加以保護,在中斷服務(wù)程序完畢后恢復(fù)現(xiàn)場,將寄存器依次出棧。

　　結(jié)語

　　在本系統(tǒng)的開發(fā)過程中有如下體會：

　　1、盡量少用占用大量存儲空間的變量（如int buffer[4096]）,系統(tǒng)開銷太大,可能造成系統(tǒng)崩潰。

　　2、慎重使用malloc()這樣的內(nèi)存分配函數(shù)。如果使用,一定要在使用完畢后調(diào)用free()函數(shù)釋放內(nèi)存空間,否則容易造成內(nèi)存泄漏,甚至系統(tǒng)崩潰。

　　3、要注意IAR編譯器的所有警告信息,仔細查看警告信息的意義。

　　4、一些經(jīng)常調(diào)用且需要快速處理的模塊,考慮使用匯編完成。

　　5、生成 Release版本目標代碼時,Release目錄下的exe目錄內(nèi)即為目標文件,而List目錄內(nèi)的*.map文件包含了目標文件內(nèi)存分配的具體情況,可以根據(jù)里面的信息判斷內(nèi)存分配是否存在問題。

　　按照以上開發(fā)方式開發(fā)出的某款工控產(chǎn)品,經(jīng)過了嚴格測試后,已經(jīng)推向市場,其可靠性和穩(wěn)定性均得到了驗證。