### ARM启动代码详解
#### 一、ARM启动代码与Bootloader的概念区分
##### 1.1 定义
- **启动代码**：指的是处理器在复位后执行的第一条指令到进入C语言`main()`函数之前的那部分汇编代码。这部分代码负责完成基本硬件配置、内存初始化等工作。
- **Bootloader**：是一个具有引导装载功能的完整程序项目，例如能够引导Linux或Windows CE等操作系统的vivi、u-boot等。它不仅包含启动代码，还可能包括网络、存储设备驱动等功能。
##### 1.2 功能对比
- **启动代码**关注于处理器的基本配置，如设置寄存器、开启时钟等，确保处理器处于安全稳定的状态。
- **Bootloader**除了包含启动代码的功能外，还负责更高级的操作，比如加载操作系统内核到内存并跳转执行，支持用户交互（如命令行界面），以及通过网络下载文件等。
#### 二、分析理解启动代码的重要性
对于初学者而言，理解和分析ARM启动代码是一项挑战性的任务，但对于深入掌握ARM处理器的工作原理至关重要：
- **调试依据**：在开发过程中，启动代码是判断处理器是否正确运行的重要依据。无论是通过仿真器还是添加LED测试灯等手段，都是为了确认CPU执行到了哪个步骤。
- **基础构建**：启动代码是整个软件栈的基础，它为后续的操作系统或其他软件提供了必要的运行环境。因此，了解启动代码有助于更好地进行嵌入式系统的设计与调试。
#### 三、ARM体系结构与汇编基础知识
在分析启动代码之前，了解以下ARM体系结构与汇编基础知识非常必要：
##### 3.1 数据类型支持
- **字节（8位）**：用于表示字符等小数据量的信息。
- **半字（16位）**：适合处理较大数据量的情况。
- **字（32位）**：通常用于表示整型变量、地址等。
##### 3.2 处理器状态
- **ARM状态（32位）**：执行32位指令集。
- **Thumb状态（16位）**：执行压缩指令集，主要用于减少代码大小。
##### 3.3 处理器模式
- **用户模式（User）**：正常程序运行模式。
- **快速中断模式（FIQ）**：用于高速中断处理。
- **中断模式（IRQ）**：处理普通中断。
- **管理模式（SVC）**：系统调用。
- **中止模式（ABORT）**：内存访问错误。
- **未定义模式（UNDEF）**：未知指令错误。
- **系统模式（SYS）**：与用户模式相似，但具有更多权限。
##### 3.4 内部寄存器
- **通用寄存器**：共31个32位寄存器，编号R0-R30，其中R13通常作为堆栈指针（SP），R14为连接寄存器（LR），R15为程序计数器（PC）。
- **状态寄存器**：包括程序状态寄存器（PSR）、应用程序状态寄存器（APSR）等。
#### 四、启动代码功能模块分析
##### 4.1 程序入口
- **定义程序入口**：启动代码通常使用`ENTRY`伪操作定义程序的入口点，告知链接器保留该段代码不被优化掉。在CodeWarrior for ARM Developer Suite环境中，需要通过`Edit -> Debug Setting -> ARM Linker -> Option -> Image entry point`来指定映像的入口地址。
- **链接器设置**：此外，在`Edit -> Debug Setting -> ARM Linker -> Layout -> Place at beginning of image`中指定目标文件和输入段名称，以确保程序有一个明确的入口点。
##### 4.2 示例代码解析
```assembly
AREA Init, CODE, READONLY
ENTRY
ASSERT :DEF:ENDIAN_CHANGE
[ENDIAN_CHANGE
ASSERT:DEF:ENTRY_BUS_WIDTH
[ENTRY_BUS_WIDTH=32
b ChangeBigEndian ;DCD 0xea000007
]
[ENTRY_BUS_WIDTH=16
andeq r14,r7,r0,lsl#20 ;DCD 0x0007ea00
]
[ENTRY_BUS_WIDTH=8
streq r0,[r0,-r10,ror#1] ;DCD 0x070000ea
]
|
b ResetHandler
]
```
- **程序入口定义**：首先定义了一个名为`Init`的代码段，并通过`ENTRY`指示程序的入口。
- **端序检测**：使用`ASSERT`伪操作判断是否定义了`ENDIAN_CHANGE`，如果未定义，则会报错并停止汇编。接下来检查`ENTRY_BUS_WIDTH`的值，根据不同的值执行相应的指令。
- 如果`ENTRY_BUS_WIDTH`等于32，则跳转到`ChangeBigEndian`。
- 如果`ENTRY_BUS_WIDTH`等于16，则执行`andeq`指令。
- 如果`ENTRY_BUS_WIDTH`等于8，则执行`streq`指令。
- **异常处理**：最后跳转到`ResetHandler`进行复位异常处理。
#### 总结
ARM启动代码是嵌入式系统开发的核心组成部分之一，其主要作用是初始化处理器硬件环境，为后续的系统软件提供一个稳定的运行平台。通过对启动代码的理解与分析，可以帮助开发者更深入地掌握ARM处理器的工作机制，提高系统的可靠性和性能。此外，启动代码与Bootloader之间的关系也是嵌入式系统开发中一个重要的概念区分，明确二者之间的区别有助于更好地组织和设计嵌入式系统软件架构。
