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1.3初始化存儲(chǔ)設(shè)備

初始化存儲(chǔ)器系統(tǒng)主要是對(duì)系統(tǒng)存儲(chǔ)器控制器的初始化，如果系統(tǒng)具有存儲(chǔ)器管理單元，也必須對(duì)其進(jìn)行初始化。

ARM微處理器架構(gòu)的理論尋址能力為4GB，但是對(duì)于一個(gè)特定的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，所配備的實(shí)際物理存儲(chǔ)器遠(yuǎn)沒(méi)有那么多。出于對(duì)芯片的面積、成本、使用靈活性等方面的考慮，這么大容量的存儲(chǔ)器如果設(shè)計(jì)在芯片內(nèi)部是不能被接受的。因此，基于ARM微處理器的系統(tǒng)一般都需要外擴(kuò)大容量的存儲(chǔ)器，這些存儲(chǔ)器是由專門(mén)的存儲(chǔ)器控制器控制的。

因?yàn)榇鎯?chǔ)器控制器并非標(biāo)準(zhǔn)ARM微處理器架構(gòu)的一部分，所以不同的ARM微處理器，設(shè)計(jì)也會(huì)各不相同，初始化代碼自然也會(huì)有一些差異，但一般包含如下兩個(gè)方面：

1.       存儲(chǔ)器類型和時(shí)序的配置

ARM微處理器一般都設(shè)計(jì)有多種類型的存儲(chǔ)器接口，需要根據(jù)具體的系統(tǒng)設(shè)計(jì)加以正確配置，且對(duì)于同在一種類型的存儲(chǔ)器，也會(huì)因?yàn)樵L問(wèn)速度的差異進(jìn)行不同的時(shí)序設(shè)置。

存儲(chǔ)器接口時(shí)序優(yōu)化是非常重要的，這會(huì)影響到整個(gè)系統(tǒng)的性能。因?yàn)橐话阆到y(tǒng)運(yùn)行的速度瓶頸都存在于存儲(chǔ)器訪問(wèn)，所以存儲(chǔ)器訪問(wèn)時(shí)序應(yīng)盡可能的快；而同時(shí)又要考慮到由此帶來(lái)的穩(wěn)定性問(wèn)題，應(yīng)根據(jù)不同的情況來(lái)配置。一般一個(gè)特定的系統(tǒng)，需要進(jìn)行多次測(cè)試，才能確定最佳的時(shí)序配置。

2.       存儲(chǔ)器的地址分配與地址重映射

ARM微處理器架構(gòu)的理論尋址能力為4GB，但是對(duì)于一個(gè)特定的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，所配備的實(shí)際物理存儲(chǔ)器遠(yuǎn)沒(méi)有那么多。因此，存儲(chǔ)器的地址分配也就是將物理存儲(chǔ)器定位在4GB地址空間的哪個(gè)具體位置。

    ARM微處理器通常采用兩種方式來(lái)完成地址分配：一種方式采用固定的存儲(chǔ)器地址分配，即物理存儲(chǔ)器的起始地址是固定的；另一種方式采用存儲(chǔ)器重映射的手段，使物理存儲(chǔ)器的起始地址可以在有效的地址空間內(nèi)任意改變，即物理存儲(chǔ)器的地址是不固定的。

    基于固定存儲(chǔ)器地址分配的ARM微處理器系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)完成以后，物理存儲(chǔ)器地址也就確定了，在軟件設(shè)計(jì)的程序流程中考慮就簡(jiǎn)單一些。而對(duì)于具有存儲(chǔ)器地址重映射功能的系統(tǒng)，這個(gè)過(guò)程就復(fù)雜的多。

    一種典型的存儲(chǔ)器地址重映射過(guò)程描述如下：當(dāng)系統(tǒng)上電或復(fù)位以后，PC指針指向0x0，程序從0x0地址開(kāi)始執(zhí)行，因此，為了能正確讀取代碼，要求此時(shí)Flash（或其它類型的ROM）的起始地址為0x0。但Flash（或其它類型的ROM）的訪問(wèn)速度大大低于RAM，每次產(chǎn)生異常后，都要從Flash（或其它類型的ROM）的異常向量表調(diào)轉(zhuǎn)到相應(yīng)的處理程序，會(huì)影響異常的響應(yīng)速度，因此，系統(tǒng)便提供一種靈活的地址重映射方法，在系統(tǒng)完成必要地初始化以后，將RAM安排到0x0地址處，而將原來(lái)位于0x0處的Flash（或其它類型的ROM）安排到其他的地方上去，加快異常的響應(yīng)速度。

    這個(gè)過(guò)程中最容易出錯(cuò)的地方是如何保證程序執(zhí)行流程的連續(xù)性。因?yàn)?span>PC指針最初在Flash里取指令執(zhí)行，在進(jìn)行地址重映射以后，Flash（或其它類型的ROM）被安排到其他地址上去了，而當(dāng)前地址被安排為RAM，如果事先沒(méi)有對(duì)RAM的內(nèi)容進(jìn)行正確地設(shè)置，在往下取指令執(zhí)行就會(huì)出錯(cuò)，即程序的連續(xù)性被存儲(chǔ)器地址重映射這種變化所打斷。

    常用的處理方法是：先將Flash（或其它類型的ROM）的內(nèi)容全部復(fù)制到RAM中，然后再進(jìn)行地址重映射。此時(shí)盡管Flash（或其它類型的ROM）和RAM的物理地址發(fā)生了變化，但由于RAM中的內(nèi)容與原來(lái)的Flash（或其它類型的ROM）是一樣的，PC指針就可以繼續(xù)取得正確地指令執(zhí)行，從而保證了程序流程的連續(xù)性。

1.4 初始化堆棧

因?yàn)?span>ARM有7種執(zhí)行狀態(tài)，每一種狀態(tài)的堆棧指針寄存器（SP）都是獨(dú)立的（注意System和User模式使用同一個(gè)SP）。所以，對(duì)程序中需要用到的每一種模式都要給SP定義一個(gè)堆棧地址。方法是改變狀態(tài)寄存器內(nèi)的狀態(tài)位，使處理器切換到不同的狀態(tài)，然后給SP賦值。注意：不要切換到User模式進(jìn)行User模式的堆棧設(shè)置，因?yàn)檫M(jìn)入User模式后就不能再操作CPSR回到別的模式了，可能會(huì)對(duì)接下去的程序執(zhí)行造成影響。

1.5 初始化用戶執(zhí)行環(huán)境

主要包括初始化臨界I/O設(shè)備，初始化應(yīng)用程序執(zhí)行環(huán)境，改變處理器的運(yùn)行模式和狀態(tài)，使能中斷4部分。

初始化臨界I/O設(shè)備。臨界I/O設(shè)備是指哪些使能中斷之前必須進(jìn)行初始化的設(shè)備。如果不對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行必要的初始化，它們可能會(huì)在使能中斷后產(chǎn)生一些沒(méi)有意義的中斷請(qǐng)求，從而影響程序的運(yùn)行。

初始化應(yīng)用程序執(zhí)行環(huán)境。程序代碼通過(guò)編譯、鏈接后生成可執(zhí)行映像文件，一個(gè)ARM映像文件由RO，RW和ZI三個(gè)段組成，其中RO為代碼段，RW是已初始化的全局變量，ZI是未初始化的全局變量。映像一開(kāi)始總是存儲(chǔ)在ROM／Flash里面的，其RO部分即可以在ROM／Flash里面執(zhí)行，也可以轉(zhuǎn)移到速度更快的RAM中執(zhí)行；而RW和ZI這兩部分是必須轉(zhuǎn)移到可寫(xiě)的RAM里去。所謂應(yīng)用程序執(zhí)行環(huán)境的初始化，就是完成必要的從ROM到RAM的數(shù)據(jù)傳輸和內(nèi)容清零。

改變處理器的運(yùn)行模式和狀態(tài)。ARM微處理器在復(fù)位或上電狀態(tài)下的默認(rèn)模式為系統(tǒng)管理模式，而在初始化代碼中可能需要切換到其它模式進(jìn)行必要的操作，如初始化各個(gè)模式下的堆棧指針寄存器。因此，在系統(tǒng)的初始化過(guò)程中處理器模式一般會(huì)經(jīng)歷如圖2所示的變化。同時(shí)，ARM微處理器在復(fù)位后總是處于ARM狀態(tài)，對(duì)于兼容Thumb指令的處理器如果應(yīng)用程序的入口點(diǎn)對(duì)應(yīng)Thumb指令，則必須將微處理器切換到Thumb狀態(tài)。

使能中斷。如果系統(tǒng)需要使用中斷，初始化代碼應(yīng)該使能中斷。中斷使能可以通過(guò)清除CPRS中的中斷禁止位來(lái)完成。

1.6 呼叫主應(yīng)用程序

當(dāng)所有的系統(tǒng)初始化工作完成之后，就需要把程序流程轉(zhuǎn)入主應(yīng)用程序。如果主應(yīng)用程序是由C代碼編寫(xiě)，可以通過(guò)以下兩種方式進(jìn)入C代碼運(yùn)行，最簡(jiǎn)單的情況如下：

IMPORT         C_Entry       ；定義一個(gè)外部標(biāo)號(hào)，最好不使用main

B              C_Entry       ；跳轉(zhuǎn)到該處執(zhí)行

在ARM的ADS編譯環(huán)境中，還另外提供了一種進(jìn)入C代碼的機(jī)制：

IMPORT         __main

B              __main

__main()是編譯器提供的一個(gè)函數(shù)，負(fù)責(zé)完成庫(kù)函數(shù)的初始化和對(duì)C代碼運(yùn)行環(huán)境的初始化，最后自動(dòng)調(diào)轉(zhuǎn)到main()函數(shù)執(zhí)行，此時(shí)應(yīng)用程序的主函數(shù)名必須是main()。