嵌入式系统/ARM技术中的ARM处理器启动代码的分析与设计

ARM体系结构       目前，ARM系列的通用32位RISC微处理器有ARM７、ARM９、ARM９Ｅ、ARM１０等多个产品，这些处理器可以工作于7种模式下。除User模式以外的其它模式都叫做特权模式，除User和System以外的其它5种模式叫做异常模式。大部分应用程序都在User模式下运行，当处理器处于User模式下时，执行的程序无法访问一些被保护的系统资源，以利于操作系统控制系统资源的使用，也不能改变模式，否则就会导致一次异常。对于System模式，任何异常都不会导致进入这一模式，而且它使用的寄存器和User模式下基本相同，主要是用于有访问系统资源请求而又避免使用额外的寄存器的操作系统 ARM处理器在嵌入式系统中扮演着至关重要的角色，尤其在ARM7、ARM9、ARM9E、ARM10等不同系列产品中，提供了强大的32位RISC计算能力。这些处理器支持7种运行模式，包括User模式、System模式以及5种异常模式（Supervisor、Abort、IRQ、FIQ和Undervire）。User模式是大多数应用程序运行的环境，它受到严格的权限限制，不能直接访问受保护的系统资源或改变处理器模式，以防滥用系统资源。而System模式则类似于User模式，但不受异常切换的影响，适合操作系统执行需要访问系统资源的任务，同时避免额外的寄存器开销。 异常模式则用于处理系统中的异常事件，如中断、数据访问错误等。每种异常模式都有自己独立的寄存器集，确保在处理异常时与User模式下的程序互不影响。CPSR（Current Program Status Register）寄存器记录了当前处理器模式，而SPSR（Saved Program Status Register）则保存了进入异常模式前的CPSR值，便于退出异常模式时恢复原始状态。 启动代码是嵌入式系统中的关键部分，类似于PC中的BIOS，它在系统上电后首先运行。启动代码的任务包括： 1. 初始化各个模式的堆栈空间，例如在FIQ模式下，通过设置寄存器和SP（Stack Pointer）来分配堆栈。 2. 设置CPU的内存映射，确保正确访问各个内存区域。 3. 初始化系统控制寄存器，根据硬件需求调整I/O口、中断控制器等设置。 4. 对外部存储器如SDRAM进行初始化，包括配置基地址、数据总线宽度、刷新参数等。 5. 设置中断向量表，为中断处理提供入口地址。 6. 创建C代码执行所需的ZI（Zero Initialize）区，即初始化为零的内存区域。 7. 启动代码会将控制权交给C代码，继续执行更高级的初始化，如时钟、串口等，并开启中断允许，准备好响应中断事件。 整个流程如图1所示，从系统启动到应用程序执行，每个步骤都至关重要，确保系统稳定、高效运行。启动代码的编写需要考虑硬件平台的具体特性，以及对性能和资源管理的需求。在嵌入式系统/ARM技术中，深入理解处理器的工作模式和启动代码的设计原理，对于开发可靠的嵌入式系统具有基础性意义。