S3C2440是三星公司基于ARM920T設(shè)計的一款處理器，在開發(fā)基于S3C2440的系統(tǒng)的過程中，如何讓系統(tǒng)快速穩(wěn)定地啟動是一個重要問題。嵌入式系統(tǒng)的資源有限，程序通常都是固化在 ROM 中運行。但在實際應(yīng)用中，為提高系統(tǒng)的實時性，加快代碼的執(zhí)行速度，系統(tǒng)啟動后程序往往要被搬移到 RAM 中，因為 RAM 的存取速度要比 ROM 快得多，這樣大大提升系統(tǒng)的性能。啟動程序要完成的任務(wù)包括：硬件初始化，系統(tǒng)存儲系統(tǒng)的配置，復(fù)制二級中斷向量表。
啟動程序過程
系統(tǒng)硬件初始化
系統(tǒng)上電或復(fù)位后，程序從位于地址 0x0 的 Reset Exception Vector 處開始執(zhí)行，因此需要在這里放置 Bootloader 的第一條指令： b ResetHandler ，跳轉(zhuǎn)到標(biāo)號為 ResetHandler 處進行第一階段的硬件初始化，主要內(nèi)容為：關(guān)看門狗定時器，關(guān)中斷，初始化 PLL 和時鐘，初始化存儲器系統(tǒng)。執(zhí)行完以上程序后，系統(tǒng)進行堆棧和存儲器的初始化。系統(tǒng)堆棧初始化取決于用戶使用了哪些中斷，以及系統(tǒng)需要處理哪些錯誤類型。 一般情況下，管理者堆棧必須設(shè)置，如果使用了 IRQ 中斷，則 IRQ 堆棧也必須設(shè)置。如果系統(tǒng)使用了外設(shè)，則需要設(shè)置相關(guān)的寄存器，以確定其刷新頻率、總線寬度等信息。
代碼段復(fù)制到 RAM 中運行
因為嵌入式系統(tǒng)的代碼通常都是固化在 ROM 或者 Flash 中，上電后開始運行。由于 ROM 和 Flash 的讀取速度相對較慢，這樣無疑會降低代碼的執(zhí)行速度和系統(tǒng)的運行效率。為此，需要把系統(tǒng)的代碼復(fù)制到 RAM 中運行。使用 SDT 鏈接器 ARMLink 產(chǎn)生的定位信息，把 RO 的有效代碼和數(shù)據(jù)段到 RAM 中。 ARMLink 將編譯后的程序鏈接成 ELF 文件。映像文件內(nèi)部共有三種輸出段： RO 段、 RW 段和 ZI 段。這三種輸出段分別包含了只讀代碼及包含在代碼段中的少量數(shù)據(jù)、可讀寫的數(shù)據(jù)、初始化為 0 的數(shù)據(jù)， ARMLink 同時還產(chǎn)生了這三種輸出段的起始和終止定位信息： Image$$RO$$Base 、 Image$$RO$$Limit 、 Image$$RW$$Base 、 Image$$Limit 、 Image$$Linit 和 Image$$ZI$$Limit ?？梢栽诔绦蛑惺褂眠@些定位信息。將 ROM 中的代碼和數(shù)據(jù)搬移到 RAM 中，具體程序如下。
LDR r0, =|Image$$RO$$Base| /*RO 段起始地址 */
LDR r1, =|Image$$RO$$Limit| /*RO 段結(jié)束地址 */
LDR r2, =|Image$$RW$$Base|
LDR r3, =|Image$$RW$$Limit|
/* 分別求出需要映像的代碼和數(shù)據(jù)的長度并累加，放到寄存器 R1 中 */
SUB r1, r1, r0
SUB r3, r3, r2
ADD r1, r1, r3
/* 將需要映象的代碼和數(shù)據(jù)復(fù)制到 RAM 中去 */
0 /* 標(biāo)示符 */
LDR r3, [r0], #4
STR r3, [r2], #4
SUBS r1, r1, #4
BNE %B0 /* 如果沒有復(fù)制完，跳轉(zhuǎn)到 0 標(biāo)示符處的匯編語句，繼續(xù)復(fù)制，參見 ARM 指令幫助手冊 */
建立二級中斷向量表
在 ARM 系統(tǒng)中，中斷向量表位于 0X0 開始的地址處，意味著無論運行什么樣的上層軟件，一旦發(fā)生中斷，程序就得到 Flash 存儲器中的中斷向量表里去，降低系統(tǒng)的運行效率。因此在 RAM 中建立自己的二級中斷向量表，當(dāng)中斷發(fā)生后，程序直接從 RAM 中取中斷向量進入中斷子程序。尤其是在中斷頻繁發(fā)生的系統(tǒng)里，這種方法可以大大提高系統(tǒng)的運行效率，具體的實現(xiàn)代碼如下。
b ResetHandler
b HandlerUndef /* 未定義模式句柄 */
b HandlerSWI /*SWI 中斷句柄 */
b HandlerPabort /*PAbort 中斷句柄 */
b HandlerDabort /*Dabort 中斷句柄 */
b. /* 保留 */
b HandlerIRQ /*IRQ 中斷句柄 */
b HandlerFIQ /*FIQ 中斷句柄 */
HandlerFIQ HANDLER HandleFIQ
HandlerIRQ HANDLER HandleIRQ
HandlerUndef HANDLER HandleUndef
HandlerSWI HANDLER HandleSWI
HandlerDabort HANDLER HandleDabort
HandlerPabort HANDLER HandlePabort
其中 HANDLER 是一個宏，用于查找中斷處理程序的入口地址。這些地址存放在由 HandleXXX 指向的表項中，該表定位在 RAM 高端，基地址為 _ISR_STARTADDRESS 。
^ _ISR_STARTADDRESS
HandleReset # 4
HandleUndef # 4
HandleSWI # 4
HandlePabort # 4
HandleDabort # 4
HandleReserved # 4
HandleIRQ # 4
HandleFIQ # 4
MMU 的應(yīng)用
MMU 是存儲器管理單元的縮寫，是用來管理虛擬內(nèi)存系統(tǒng)的器件。 MMU 通常是 CPU 的一部分，本身有少量存儲空間存放從虛擬地址到物理地址的匹配表，此表稱作 TLB( 轉(zhuǎn)換旁置緩沖區(qū) ) 。所有數(shù)據(jù)請求都送往 MMU ，由 MMU 決定數(shù)據(jù)是在 RAM 內(nèi)還是在大容量外部存儲器設(shè)備內(nèi)。如果數(shù)據(jù)不在存儲空間內(nèi)， MMU 將產(chǎn)生頁面錯誤中斷。 MMU 存儲器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)允許對存儲器系統(tǒng)的精細(xì)控制，大部分的控制細(xì)節(jié)由存在存儲器中的轉(zhuǎn)換表提供。這些表的入口定義了從 1KB ～ 1MB 的各種存儲器區(qū)域的屬性。 MMU 完成的兩個主要功能是：將虛地址轉(zhuǎn)換成物理地址，控制存儲器存取允許。 MMU 關(guān)掉時，虛地址直接輸出到物理地址總線。
經(jīng)過以上的分析可以發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)啟動程序主要是完成了硬件的初始化，以及克服 Flash 或 ROM 讀取速度慢的弱點，提高指令和數(shù)據(jù)的讀取速度，實現(xiàn)系統(tǒng)的高速運行，并且通過 MMU 的應(yīng)用，減少RAM 的使用，降低系統(tǒng)成本。
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