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ARM7TDMI-S在嵌入式系統(tǒng)中的Bootloader代碼設計

時間:2023-02-20 22:46:48 電子通信論文 我要投稿
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ARM7TDMI-S在嵌入式系統(tǒng)中的Bootloader代碼設計

  摘要:ARM7TDMI-S是ARM公司設計的一款32位精簡指令集處理器內核,LPC210x系列是飛利浦半導體公司生產(chǎn)的基于ARM7TDMI-S內核的芯片。在嵌入式系統(tǒng)設計中,針對嵌入式處理器和操作系統(tǒng)的Bootloader代碼的設計是一個難點。本文根據(jù)用LPC2106進行嵌入式系統(tǒng)設計的實際經(jīng)驗,總結出基于ARM7TDMI-S內核的嵌入式處理器芯片的Bootloader代碼設計的一般流程;給出LPC2106芯片在基于μC/OS-II操作系統(tǒng)的嵌入式應用中,BootLoader程序的詳細設計流程及其中的一些關鍵技術和代碼。
  關鍵詞:ARM7TDMI-S嵌入式系統(tǒng)BootLoader代碼LPC2106μC/OS-II
  
  引言
  
  芯片的Bootloader代碼(即啟動代碼)就是芯片復位后進入操作系統(tǒng)之前執(zhí)行的一段代碼,主要是為運行操作系統(tǒng)提供基本的運行環(huán)境,如初始化CPU堆棧、初始化存儲器系統(tǒng)等。Bootloader代碼與CPU芯片的內核結構、具體芯片和使用的操作系統(tǒng)等因素有關。其功能有點類似于PC機的BIOS(BasicInput/OutputSystem,基本輸入輸出系統(tǒng))程序,但是由于嵌入式系統(tǒng)的軟硬件都要比PC機的簡單,所以它的Bootloader代碼要比BIOS程序簡單得多。
  
  嵌入式系統(tǒng)被定義為:以應用中為心,以計算機技術為基礎,軟件硬件可裁剪,適用于系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、何種、功耗有嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)的核心部件是嵌入式處理器。隨著嵌入式系統(tǒng)在人們日常生活中的廣泛運用,嵌入式處理器得到前所未有的飛速發(fā)展;贏RM核的嵌入式處理器芯片種類繁多。由于ARM公司只設計內核的不生產(chǎn)具體的芯片,即便是基于同一種內核,不同廠家生產(chǎn)的芯片差別很大,因此不易編寫出統(tǒng)一的Bootloader代碼。ARM公司針對這一問題而采取的策略是,不提供完事的Bootloader代碼(ARM公司的開發(fā)工具ADS提供了一些功能代碼),Bootloader代碼不足的部分由芯片廠商提供或者由用戶自己編寫。飛利浦公司沒有提供LPC210x系列的Bootloader代碼,所以用戶只能自己編寫B(tài)ootloader代碼。
  
  1ARM7TDMI-S和LPC210x
  
  ARM7TDMI-S是目前比較低端的ARM核—ARM核不是芯片,它與其它部件如RAM、ROM、片內外設組合在一起才構成實際的芯片。ARM7是用于對成本和功耗都非常敏感的消費應用的低價位、低功耗的32位核。其主要特點如下:馮.諾依曼結構、3段流水線、0.9MIPS/MHz;非常低的功耗;嵌入式ICE-RT(InCircuitEmulation-RealTime,實時在線仿真)邏輯。
  
  LPC2104/2105/2106基于一個支持實時仿真和跟蹤的ARM7TDMI-S內核,并帶有128KB的高速Flash存儲器,128位寬度的存儲器接口和獨特的加速結構,使32位代碼能夠在最大時鐘速率下運行。由于LPC2104/2105/2106具有非常小的尺寸和極低的功耗,它們非常適合于那些將小型化作為主要要求的應用,例如存儲取控制和POS機。帶有寬范圍的串行通信接口、片內多達64KB的SRAM,由于具有大的緩沖區(qū)和強大的處理器能力,它們非常適合于通信網(wǎng)關和協(xié)議轉換器、軟件調制解調器、聲音識別以及低端的圖像處理。而多個32位定時器、PWM輸出和32個GPIO,使它們特別適用于工業(yè)控制和醫(yī)療系統(tǒng)。LPC2106是LPC210x系列的一種,其它兩種為LPC2104/2105。它們都基于ARM7TDMI-S內核。三種芯片唯一的區(qū)別就是SRAM的容量大小:LPC2106是64KB,而LPC2104是16KB,LPC2105是32KB。
  
  2Bootloader代碼
  
  2.1Bootloader代碼的作用
  
  嵌入式系統(tǒng)的資源有限,應用程序通常都是固化在ROM中運行。ROM中的程序執(zhí)行前,需要對系統(tǒng)硬件和軟件運行環(huán)境進行初始化。這些工作是用匯編語言和C語言編寫的Bootloader代碼完成的。在ARM處理器的嵌入式系統(tǒng)中,Bootloader代碼的作用主要有以下幾點:
  
  *初始化CPU各種模式的堆棧和寄存器;
  
  *初始化系統(tǒng)中要使用的各種片內外設;
  
  *初始化目標板;
  
  *引導操作系統(tǒng)。
  
  2.2Bootlader代碼設計的一般流程
  
  Bootloader代碼是嵌入式系統(tǒng)中應用程序的開頭部分,它與應用程序一起固化在ROM中,并首先在系統(tǒng)上運行。設計好Bootloader代碼是設計嵌入式程序的關鍵,也是系統(tǒng)能夠正常工作的前提。Bootloader代碼所執(zhí)行的操作主要信賴于CPU內核的類型,以及正在開發(fā)的嵌入式系
  
  
  
  統(tǒng)軟件中需要使用CPU芯片上的哪些資源。Bootloader代碼的一般流程(即Bootloader代碼應該進行的操作)如圖1所示。
  
  2.3基于LPC2104和μC/OS-II是多任務的實時操作系統(tǒng)。針對該款芯片和多任務實時操作系統(tǒng)的Bootloader程序的流程如圖2所示。
  
  2.3.2關鍵代碼分析
  
 ;中斷向量表,給出了CPU芯片出現(xiàn)異常時應該轉去執(zhí)行的程序地址
  
  Vectors
  
  LDRPC,ResetAddr
  
  LDRPC,UndefinedAddr
  
  LDRPC,SWI_Addr
  
  LDRPC,SWI_Addr
  
  LDRPC,PrefetchAddr
  
  LDRPC,DataAbortAddr
  
  DCD0xb9205f80
  
  LDRPC,[PC,#-0xff0]
  
  LDRPC,FIQ_Addr
  
  ResetAddrDCDReset
  
  UndefinedAddrDCDUndefined
  
  SWI_AddrDCDSoftwareInterrupt
  
  PrefetchAddrDCDPrefetchAbort
  
  DataAbortAddrDCDDataAbort
  
  NouseDCD0
  
  IRQ_AddrDCD0
  
  FIQ_AddrDCDFIQ_Handler
  
  ;InitStack函數(shù),其功能是初始化CPU各種模式的堆棧
  
  InitSatck
  
  MOVR0,LR;因芯片模式切換,故將程序返回地址保存至R0,同時在初始化堆棧完成后使用R0返回
  
  MSRCPSR_c,#0xd3;設置管理模式堆棧
  
  LDRSP,StackSvc
  
  MSRCPSR_c,#0xd2;設置中斷模式堆棧
  
  LDRSP,StackIrq
  
  MSRCPSR_c,#0xd1;設置快速中斷模式堆棧
  
  LDRSP,StackFiq
  
  MSRPSR_c,#0xd7;設置中止模式堆棧
  
  LDRSP,StackAbt
  
  MSRCPSR_c,#0xdb;設置未定義模式堆棧
  
  LDRSP,StackUnd
  
  MSRCPSR_c,#0xdf;設置系統(tǒng)模式堆棧
  
  LDRSP,StackUsr
  
  MOVPC,R0
  
  StackUsrDCDUsrStackSpace+(USR_STACK_LEGTH-1)*4
  
  StackRvcDCDSvcStackSpace+(SVC_STACK_LEGTH-1)*4
  
  StackIrqDCDIrqStackSpace+(IRQ_STACK_LEGTH-1)*4
  
  StackFiqDCDFiqStackSpace+(FIQ_STACK_LEGTH-1)*4
  
  StackAbtDCDAbtStackSpace+(ABT_STACK_LEGTH-1)*4
  
  StackUndDCDUndtStackSpace+(UND_STACK_LEGTH-1)*4
  
  ;系統(tǒng)初始化代碼
  
  Reset
  
  BLInitStack;調用InitStack函數(shù)初始化芯片各種模式的堆棧
  
  BLTargetResetInit;調用TargetResetInit函數(shù)對系統(tǒng)進行基本初始化
  
  
  
  >
  B_main;跳轉到ADS提供的啟動代碼_main函數(shù)處,它初始化函數(shù)庫并最終引導CPU進入操作系統(tǒng)的main()函數(shù)
  
  上面的程序代碼只包含了流程圖中的幾個主機步驟。這些步驟都是必不可少的,其余的步驟都在TargetResetInit函數(shù)中加以實現(xiàn)。本例中的TargerResetInit函數(shù)如下:
  
  voidTargetResetInit(void)
  
  {/*設置系統(tǒng)各部分時鐘*/
  
  PLLCON=1;
  
  #if((Fcclk/4)/Fpclk==1
  
  VPBDIV=0;
  
  #endif
  
  #if((Fcclk/4)/Fpclk==2
  
  VPBDIV=2;
  
  #endif
  
  #if((Fcclk/4)/Fpclk==4
  
  VPBDIV=1;
  
  #endif
  
  #if(Fcco/Fcclk)==1
  
  PLLCFG=((Fcclk/Fosc)-1)|(1<<5);
  
  #endif
  
  #if(Fcco/Fcclk)==2
  
  PLLCFG=((Fcclk/Fosc)-1|(2<<5);
  
  #endif
  
  #if(Fcco/Fcclk)==4
  
  PLLCFG=((Fcclk/Fosc)-1|(3<<5);
  
  #endif
  
  #if(Fcco/Fcclk)==8
  
  PLLCFG=((Fcclk/Fosc)-1)|(4<<5);
  
  #endif
  
  PLLFEED=0xaa;
  
  PLLFEED=0x55;
  
  while(PLLSTAT&(1<<10)==0)
  
  PLLCON=3;
  
  PLLFEED=0xaa;
  
  PLLFEED=0x55;
  
  /*設置存儲器加速模塊*/
  
  MAMCR=2;
  
  #ifFcclk<20000000
  
  MAMTIM=1;
  
  #else
  
  #ifFcclk<40000000
  
  MAMTIM=2;
  
  #else
  
  MAMTM=3;
  
  #endif
  
  #endif
  
  /*初始化VIC,使芯片在進入μC/OS-II多任務環(huán)境前關中斷*/
  
  VICIntEnClr=0xffffffff;
  
  VICVectAddr=0;
  
  VICIntSelect=0;
  
  /*其它步驟的代碼與實際的軟件功能相關,不具有代表性,故在此不列出*/
  
  }
  
  3結論
  
  本文介紹的Bootloader代碼已
  
  
  
  經(jīng)在基于Philips公司的LPC2106芯片開發(fā)的系統(tǒng)上運行并測試通過。針對不同的CPU芯片編寫B(tài)ootloader代碼,首先要了解該CPU的內核結構、指令系統(tǒng),其次是具體芯片的結構和各種片上資源,以及所采用的操作系統(tǒng)。以上所列的設計流程不是一成不變的,在具體應用中要權衡取舍。
  
  
  
  

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