### ARM启动及工作模式切换详解
#### 一、引言
ARM处理器因其低功耗、高性能的特点，在嵌入式系统领域占据着极其重要的地位。在嵌入式系统的设计与开发过程中，系统的启动流程及其工作模式的切换对于确保系统的稳定性和性能至关重要。本文将详细介绍ARM处理器的启动过程以及不同工作模式之间的切换机制，帮助读者深入了解ARM系统的核心组成部分。
#### 二、ARM启动过程
ARM系统的启动流程主要包括以下几个关键步骤：
1. **硬件初始化**：系统上电或复位后，首先执行的是位于地址0x0处的Reset Exception Vector。在这个地址处，Bootloader的第一条指令通常为`b ResetHandler`，它将程序执行流跳转至ResetHandler标号处进行硬件初始化。这一阶段的主要任务包括：
- 关闭看门狗定时器
- 关闭中断
- 初始化PLL与时钟
- 初始化存储器系统
- 初始化堆栈
- 配置外设
2. **代码段复制到RAM中运行**：为了提高代码执行速度和系统运行效率，需要将固化在ROM或Flash中的代码复制到RAM中运行。使用ARMLink链接器产生的定位信息来实现这一过程。具体步骤如下：
- ARMLink将编译后的程序链接成ELF文件，并生成三种输出段：RO段、RW段和ZI段。
- 使用ARMLink产生的定位信息（如Image$$RO$$Base、Image$$RO$$Limit等）来复制RO段和RW段到RAM中。
- 将ZI段初始化为0。
3. **建立二级中断向量表**：为了提高系统的运行效率，特别是在中断频繁发生的系统中，需要在RAM中建立一个二级中断向量表。这样做可以使得中断处理更高效，因为中断处理程序可以直接从RAM中获取中断向量。
4. **MMU的应用**：MMU（Memory Management Unit，存储器管理单元）是用于管理虚拟内存的关键组件。它负责将虚拟地址转换为物理地址，并控制存储器的访问权限。MMU通常包含一个转换旁置缓冲区（TLB），用于加速地址转换的过程。
#### 三、启动代码完成的主要功能
启动代码需要完成一系列复杂的任务，包括但不限于以下几点：
1. **建立异常中断的入口向量**
2. **建立中断向量表**
3. **为ARM每种运行模式设置堆栈**
4. **初始化ARM的MPLL时钟**
5. **初始化MMU**
6. **初始化存储器控制器**
7. **关闭看门狗、关闭中断**
8. **判断IRQ中断的中断入口**
9. **将RW段的内容从flash拷贝到SDRAM，初始化ZI段为0**
10. **跳转到应用程序（C代码）**
#### 四、S3C2410初始化说明
以S3C2410为例，其初始化过程包括：
1. **创建中断向量表**：中断向量表通常创建在SDRAM的高位地址上，以便于快速访问。为了满足对齐要求，通常会在创建中断向量表时使用`ALIGN`指令。
2. **配置存储器控制器**：这一步骤涉及到SDRAM的配置，包括初始化存储器控制器、设置SDRAM的工作参数等。
3. **初始化MMU**：在S3C2410中，MMU的初始化同样是非常重要的一步。这涉及到配置MMU以支持虚拟内存管理和地址转换。
#### 五、ARM的工作模式切换
ARM处理器支持多种不同的工作模式，包括用户模式（User）、系统模式（System）、管理模式（Abort）、未定义指令中止模式（Undefined）、软件中断模式（SWI）、数据访问中止模式（Abort）、中断模式（IRQ）和快速中断模式（FIQ）。这些模式之间的切换主要通过异常处理来实现。例如，当一个中断发生时，处理器会自动切换到相应的中断模式，并执行相应的异常处理程序。
#### 六、总结
通过对ARM处理器启动流程及其工作模式切换机制的深入探讨，我们不仅了解了ARM系统启动的基本步骤，还掌握了如何通过优化这些步骤来提高系统的整体性能。这对于从事嵌入式系统开发的技术人员来说，是非常宝贵的理论基础和技术指南。在未来的设计与开发工作中，合理利用这些知识能够帮助我们构建出更加稳定、高效的嵌入式系统。
