AVR單片機(jī)開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)

前一段時(shí)間做了arm的一些開(kāi)發(fā)，主要是編寫(xiě)了arm的啟動(dòng)軟件和移植了uCOS-II到arm7。我做事情喜歡深入簡(jiǎn)出，及從最簡(jiǎn)單，最原理的方面先做一個(gè)框架，然后在這個(gè)框架里面進(jìn)行補(bǔ)充。我還是一個(gè)很喜歡和別人討論的人，希望有人可以給我提出意見(jiàn)和建議。我的這個(gè)心得很初級(jí)，都是一些基本的東西。現(xiàn)在拿出來(lái)和大家分享，希望在我畢業(yè)之前能給大家留一些紀(jì)念。 

由于這些東西發(fā)paper實(shí)在是沒(méi)有價(jià)值，但是我感覺(jué)可以作為arm開(kāi)發(fā)的入門(mén)。由于我的水平和經(jīng)驗(yàn)有限，錯(cuò)誤也是難免的。但是如果不拿出來(lái)和大家分享，就算有錯(cuò)誤我也發(fā)現(xiàn)不了，是么？呵呵。我現(xiàn)試試發(fā)連載的第一篇，看看有多少價(jià)值，如果大家覺(jué)得有價(jià)值，我會(huì)繼續(xù)連載的。  

前言 
這個(gè)文檔是我學(xué)習(xí)ARM編程的總結(jié)和心得。閱讀這個(gè)文檔的人應(yīng)當(dāng)首先閱讀ADS1.2的幫助文檔及相關(guān)內(nèi)容。這個(gè)文檔不會(huì)對(duì)編譯器及連接器做出詳細(xì)的說(shuō)明，在需要的時(shí)候會(huì)指出具體內(nèi)容在相關(guān)資料的章節(jié)。同時(shí)閱讀這個(gè)文檔的人需要了解ARM指令集和一些ARM匯編的基本內(nèi)容以及C和C++的相關(guān)編程內(nèi)容。同時(shí)還需要了解ARM的流水線結(jié)構(gòu)及一些基本的編程知識(shí)。同時(shí)為了方便查閱英文文檔，所有的相關(guān)術(shù)語(yǔ)都使用英文原文。 

第一章 STARTUP1 ARM的啟動(dòng) 
一般的嵌入式系統(tǒng)在主程序執(zhí)行之前都需要執(zhí)行一些初始化的過(guò)程以創(chuàng)造嵌入式程序運(yùn)行的環(huán)境，尤其是一些高級(jí)的嵌入式系統(tǒng)，由于核心芯片使用內(nèi)存映射、內(nèi)存保護(hù)等機(jī)制以及編程使用高級(jí)語(yǔ)言C,C++甚至JAVA語(yǔ)言，都需要先創(chuàng)建一個(gè)適合程序運(yùn)行的硬件環(huán)境，然后初始化或者配置或者剪裁run-time library, 這些工作都必須在主程序運(yùn)行前完成，所以一個(gè)startup程序或者程序組對(duì)于一個(gè)嵌入式系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是非常重要的。要編寫(xiě)startup程序，需要對(duì)編譯器、鏈接器和匯編器的細(xì)節(jié)有一定的了解，同時(shí)對(duì)ARM芯片硬件本身的地址分配以及memory mapping機(jī)制也需要有一些了解。 

2 ARM 程序的工作過(guò)程 
首先由各種source file經(jīng)過(guò)編譯產(chǎn)生object文件，然后object文件經(jīng)過(guò)鏈接生成Image文件，然后通過(guò)ICE的方法，根據(jù)描述文件的指定下載到目標(biāo)板上的固態(tài)存儲(chǔ)器指定地址當(dāng)中，比如flash，EEPROM, ROM等等。在程序執(zhí)行之前，根據(jù)某些描述文件，將需要讀寫(xiě)數(shù)據(jù)的部分讀出放入動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器比如RAM當(dāng)中，然后程序從ROM開(kāi)始執(zhí)行。或者有時(shí)為了提高程序的運(yùn)行速度，也可以將所有的程序(有一些root的部分除外，以后會(huì)提及)通過(guò)一個(gè)描述文件放入指定的RAM當(dāng)中，然后程序從RAM開(kāi)始執(zhí)行，但是這樣會(huì)耗費(fèi)大量的動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器，所以大部分程序會(huì)取折中的方法，將需要快速運(yùn)行的部分和要讀寫(xiě)的部分放入RAM中(一般讀固態(tài)存儲(chǔ)器的過(guò)程和動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器的過(guò)程是一樣的，但是寫(xiě)就不同了，所以讀寫(xiě)的部分一定要放到RAM中)，而只讀的部分和對(duì)速度要求不是那么高的部分放入固態(tài)存儲(chǔ)器。同時(shí)ARM結(jié)構(gòu)的異常向量表規(guī)定放在地址為0x00000000開(kāi)始的地址空間上，而一般的CPU為了提高異常相應(yīng)速度，會(huì)將這個(gè)向量段remap到其他的RAM當(dāng)中，所以在描述文件當(dāng)中必須精確指定異常向量跳轉(zhuǎn)程序的地址到remap的地方。在application程序執(zhí)行前，還需要由一些文件描述application程序執(zhí)行的環(huán)境。比如系統(tǒng)工作時(shí)鐘，總線頻率?，F(xiàn)在一般嵌入式編程語(yǔ)言為C,C++等。如果在使用它們的時(shí)候使用的runtime-library，那么在程序執(zhí)行前還需要為這些庫(kù)函數(shù)初始化heap。然后ARM可能工作在不同的模式，還需要為不同的工作模式設(shè)置stack。這樣，描述鏈接地址的文件，以及在application運(yùn)行前所有的初始化程序就是startup程序組。 

3 STARTUP分類 
這樣，將startup程序所完成的功能分類。一類是鏈接地址描述，一類是各種初始化的程序。根據(jù)不同的應(yīng)用，描述文件和初始化程序的內(nèi)容以及結(jié)構(gòu)和復(fù)雜程度都會(huì)不同。但是基本上，它們都必須實(shí)現(xiàn)以下功能。 

3.1 描述文件實(shí)現(xiàn)功能 

描述文件可以是鏈接命令行上簡(jiǎn)單的幾個(gè)字符，也可以是一個(gè)非常復(fù)雜的文件，但是它必須完成如下功能： 

; 指定程序下載的地址 

; 指定程序執(zhí)行的地址  [!--empirenews.page--]

3.2 初始化程序?qū)崿F(xiàn)的功能 

初始化程序根據(jù)不同的應(yīng)用，其結(jié)構(gòu)和復(fù)雜度也不同，但是它必須完成如下基本功能： 

; 異常向量初始化 

; 內(nèi)存環(huán)境初始化 

; 其他硬件環(huán)境初始化 

4 描述文件 
要編寫(xiě)描述文件,必須知道ARM Image文件的組成及ARM Image文件執(zhí)行的機(jī)理。 

4.1 ARM Image的結(jié)構(gòu) 

一個(gè)ARM Image structure由linker在以下幾個(gè)方面定義： 

? 組成它的regions 和 output sections 

? 當(dāng)Image 下載的時(shí)候這些regions 和 sections 在內(nèi)存中的位置 

? 當(dāng)Image 執(zhí)行時(shí)這些regions和sections在內(nèi)存中的位置 

4.1.1 ARM Image的組成 

一個(gè)ARM Image被保存在可執(zhí)行文件當(dāng)中,它的層次結(jié)構(gòu)可以包括Image,regions,output sections和input sections。 

? 一個(gè)Image由一個(gè)或多個(gè)regions組成,每個(gè)region包括一個(gè)或多個(gè)output sections 

? 每個(gè)output section由一個(gè)或多個(gè)input sections組成 

? Input sections是一個(gè)object file中的code和data信息。 

同時(shí)Input section 有幾種屬性,分別為readonly,read-write,zero-initialized。分別稱為RO,RW和ZI。屬性來(lái)源于AREA后的attr屬性。 

比如CODE是RO,DATA是RW,NOINT默認(rèn)為ZI,即用0值初始化,但是可以選擇不進(jìn)行0值初始化。ZI屬性僅僅來(lái)源于SPACE, DCB, DCD, DCDU, DCQ, DCQU, DCW, 或者DCWU。由以上定義,ZI屬性的包含于RW屬性,它是有初始值的RW數(shù)據(jù)。又例如在C語(yǔ)言中,代碼為RO,靜態(tài)變量和全局變量是RW,ZI的。 

4.1.2 Image 的Load view 和 execution view 

在下載的時(shí)候Image regions被放置在memory map當(dāng)中,而在執(zhí)行Image前,或許你需要將一些regions放置在它們執(zhí)行時(shí)的地址上,并建立起ZI regions。例如,你初始化的RW數(shù)據(jù)需要從它在下載時(shí)的在ROM中的地址處移動(dòng)到執(zhí)行時(shí)RAM的地址處，附圖: 

NOTE Load view 和execution view的詳細(xì)定義見(jiàn)ADS_LinkerGuide 3-4。 

以上的描述包括二個(gè)內(nèi)容,一是要指定各個(gè)section在load view和execution view時(shí)的地址即memory map,二是要在執(zhí)行前根據(jù)這些地址進(jìn)行section的初始化。