AVR單片機開發(fā)經(jīng)驗

前一段時間做了arm的一些開發(fā)，主要是編寫了arm的啟動軟件和移植了uCOS-II到arm7。我做事情喜歡深入簡出，及從最簡單，最原理的方面先做一個框架，然后在這個框架里面進行補充。我還是一個很喜歡和別人討論的人，希望有人可以給我提出意見和建議。我的這個心得很初級，都是一些基本的東西?，F(xiàn)在拿出來和大家分享，希望在我畢業(yè)之前能給大家留一些紀念。 

由于這些東西發(fā)paper實在是沒有價值，但是我感覺可以作為arm開發(fā)的入門。由于我的水平和經(jīng)驗有限，錯誤也是難免的。但是如果不拿出來和大家分享，就算有錯誤我也發(fā)現(xiàn)不了，是么？呵呵。我現(xiàn)試試發(fā)連載的第一篇，看看有多少價值，如果大家覺得有價值，我會繼續(xù)連載的。  

前言 
這個文檔是我學(xué)習(xí)ARM編程的總結(jié)和心得。閱讀這個文檔的人應(yīng)當(dāng)首先閱讀ADS1.2的幫助文檔及相關(guān)內(nèi)容。這個文檔不會對編譯器及連接器做出詳細的說明，在需要的時候會指出具體內(nèi)容在相關(guān)資料的章節(jié)。同時閱讀這個文檔的人需要了解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。同時還需要了解ARM的流水線結(jié)構(gòu)及一些基本的編程知識。同時為了方便查閱英文文檔，所有的相關(guān)術(shù)語都使用英文原文。 

第一章 STARTUP1 ARM的啟動 
一般的嵌入式系統(tǒng)在主程序執(zhí)行之前都需要執(zhí)行一些初始化的過程以創(chuàng)造嵌入式程序運行的環(huán)境，尤其是一些高級的嵌入式系統(tǒng)，由于核心芯片使用內(nèi)存映射、內(nèi)存保護等機制以及編程使用高級語言C,C++甚至JAVA語言，都需要先創(chuàng)建一個適合程序運行的硬件環(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行前完成，所以一個startup程序或者程序組對于一個嵌入式系統(tǒng)來說是非常重要的。要編寫startup程序，需要對編譯器、鏈接器和匯編器的細節(jié)有一定的了解，同時對ARM芯片硬件本身的地址分配以及memory mapping機制也需要有一些了解。 

2 ARM 程序的工作過程 
首先由各種source file經(jīng)過編譯產(chǎn)生object文件，然后object文件經(jīng)過鏈接生成Image文件，然后通過ICE的方法，根據(jù)描述文件的指定下載到目標板上的固態(tài)存儲器指定地址當(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，將需要讀寫數(shù)據(jù)的部分讀出放入動態(tài)存儲器比如RAM當(dāng)中，然后程序從ROM開始執(zhí)行?；蛘哂袝r為了提高程序的運行速度，也可以將所有的程序(有一些root的部分除外，以后會提及)通過一個描述文件放入指定的RAM當(dāng)中，然后程序從RAM開始執(zhí)行，但是這樣會耗費大量的動態(tài)存儲器，所以大部分程序會取折中的方法，將需要快速運行的部分和要讀寫的部分放入RAM中(一般讀固態(tài)存儲器的過程和動態(tài)存儲器的過程是一樣的，但是寫就不同了，所以讀寫的部分一定要放到RAM中)，而只讀的部分和對速度要求不是那么高的部分放入固態(tài)存儲器。同時ARM結(jié)構(gòu)的異常向量表規(guī)定放在地址為0x00000000開始的地址空間上，而一般的CPU為了提高異常相應(yīng)速度，會將這個向量段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)工作時鐘，總線頻率。現(xiàn)在一般嵌入式編程語言為C,C++等。如果在使用它們的時候使用的runtime-library，那么在程序執(zhí)行前還需要為這些庫函數(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)雜程度都會不同。但是基本上，它們都必須實現(xiàn)以下功能。 

3.1 描述文件實現(xiàn)功能 

描述文件可以是鏈接命令行上簡單的幾個字符，也可以是一個非常復(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)行的機理。 

4.1 ARM Image的結(jié)構(gòu) 

一個ARM Image structure由linker在以下幾個方面定義： 

? 組成它的regions 和 output sections 

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

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

4.1.1 ARM Image的組成 

一個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Image由一個或多個regions組成,每個region包括一個或多個output sections 

? 每個output section由一個或多個input sections組成 

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

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

比如CODE是RO,DATA是RW,NOINT默認為ZI,即用0值初始化,但是可以選擇不進行0值初始化。ZI屬性僅僅來源于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)需要從它在下載時的在ROM中的地址處移動到執(zhí)行時RAM的地址處，附圖: 

NOTE Load view 和execution view的詳細定義見ADS_LinkerGuide 3-4。 

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