ARM7在嵌入式应用中启动程序技术难点分析

技术难点分析

⑴.MMU的使用

　　MMU是存储器管理单元的缩写，是用来管理虚拟内存系统的器件。MMU通常是CPU的一部分，本身有少量存储空间存放从虚拟地址到物理地址的匹配表。此表称作TLB(转换旁置缓冲区)。所有数据请求都送往MMU，由MMU决定数据是在RAM内还是在大容量存储器设备内。如果数据不在存储空间内，MMU将产生页面错误中断。

MMU的两个主要功能是:

将虚地址转换成物理地址。 

控制存储器存取允许。MMU关掉时，虚地址直接输出到物理地址总线。
 
在实践中，使用MMU解决了如下几个问题：

　　①使用DRAM作为大容量存储器时，如果DRAM的行列是非平方的，会导致该DRAM的物理地址不连续，这将给程序的编写调试造成极大不便，而适当配置MMU可将其转换成虚拟地址连续的空间。

　　②ARM内核的中断向量表要求放在0地址， 对于ROM在0地址的情况，无法调试中断服务程序，所以在调试阶段有必要将可读写的存储器空间映射到0地址。

　　③系统的某些地址段是不允许被访问的，否则会产生不可预料的后果,为了避免这类错误,可以通过MMU匹配表的设置将这些地址段设为用户不可存取类型。

　　启动程序中生成的匹配表中包含地址映射，存储页大小(1M,64K,或4K)以及是否允许存取等信息。

　　例如:目标板上的16兆DRAM的物理地址区间为0xc000，0000～0xc07f，ffff;0xc100，0000～0xc17f，ffff;16兆ROM的虚拟地址区间为:0x0000，0000～0x00ff，ffff。匹配表配置如下:

　　可以看到左边是连续的虚拟地址空间，右边是不连续的物理地址空间，而且将DRAM映射到了0地址区间。 MMU通过虚拟地址和页面表位置信息，按照转换逻辑获得对应物理地址，输出到地址总线上。

　　应注意到的是使能MMU后，程序继续运行，但是对于程序员来说程序计数器的指针已经改变，指向了ROM所对应的虚拟地址。

⑵目标文件的分布装载分析

　　首先创建一个文本文件，称为分布装载描述文件。它为应用程序的各部分指定装载区间和执行区间。

举例如下:

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链接器的命令行里加入“-scov description-file –scf”或“-scatter description-file”，编译链接后，将产生一个分布装载文件。

　　链接器同时产生一组符号，给出每个分布描述文件中命名的区间的长度，装载地址和执行地址。由于链接器和C库都没有将代码从它的装载区间拷贝到执行区间，或创建一个零初始化区域的功能，所以要由应用程序员利用这组符号产生的信息完成这项工作，这是在呼叫C程序之前必须完成的，举例如下：

LDR r0, = |Load$$DRAM$$Base|

LDR r1, = |Image$$DRAM$$Base|

CMP r0, r1 ; 检查装载地址和执行地址是否相同

BEQ do_zi_init ; 相同，则不拷贝该区间，初始化零数据区

MOV r2, r1 ； 不相同，将装载区拷贝到执行区 

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 ; 调用零初始化子程序

结束语：

　　本文介绍的启动程序已经在以Cirrus Logic公司的EP7211和Ateml公司的AT91M40400开发的系统上运行并测试通过。今后可以在这一基础上添加串行通信模块和FLASH操作模块，开发系统监控程序，从而实现应用程序的在线升级。