摘要：本文給出了基於arm7嵌入式系統的啟動程式的實現流程,並針對儲存器控制單元的使用以及目標檔案的分布裝載等技術難點進行詳細分析。
關鍵字：嵌入式系統、啟動程式、arm7
嵌入式系統被定義為：以應用為中心、以計算機技術為基礎、軟體硬體可裁剪、適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統。嵌入式系統的核心部件是各種型別的嵌入式處理器，隨著嵌入式系統不斷深入到人們生活中的各個領域，嵌入式處理器得到前所未有的飛速發展。
典型的32位risc晶元──arm處理器,不論是在pda,stb,***等消費類電子產品中,還是在gps,航空,勘探,測量等軍方產品中都得到了廣泛的應用。越來越多的晶元廠商早已看好arm的前景，如intel，ns，ateml，philips，nec，cirruslogic等公司都有相應的產品。在2023年，arm突破1.5億個，市場份額超過了50%，已經成為業界的龍頭。
在我們研製開發基於arm7的嵌入式系統過程中，發現技術難點主要在於系統啟動程式的編寫，為此本文詳細論述了在arm7基礎上開發嵌入式系統時啟動程式的實現。
1.啟動程式流程
嵌入式系統的資源有限,程式通常都是固化在rom中執行。rom中程式執行前，需要對系統硬體和軟體執行環境進行初始化，這些工作由用組合語言編寫的啟動程式完成。
啟動程式是嵌入式程式的開頭部分，應與應用程式一起固化在rom中，並首先在系統上執行。它應包含進各模組中可能出現的所有段類，並合理安排它們的次序。
寫好啟動程式是設計好嵌入式程式的關鍵,系統啟動程式所執行的操作依賴於正在開發其軟體的系統，一般流程如下
2．詳細步驟
⑴設定入口指標
啟動程式首先必須定義入口指標，而且整個應用程式只有乙個入口指標。
⑵ 設定中斷向量
arm7要求中斷向量表必須設定在從0位址開始，連續8×4位元組的空間，分別是復位、未定義指令錯誤、軟體中斷、預取指令錯誤、資料訪問錯誤、irq、fiq和乙個保留的中斷向量。
如果rom定位於0位址，向量表包含一系列指令跳轉到中斷服務程式，否則向量必須被動態初始化。可以在啟動程式中新增一段**，使其在執行時將向量表拷貝到0位址開始的儲存器空間。
對於各未用中斷，使其指向乙個只含返回指令的啞函式，以防止錯誤中斷引起系統的混亂。
⑶ 初始化堆疊和暫存器
系統堆疊初始化取決於使用者使用了哪些中斷，以及系統需要處理哪些錯誤型別。一般來說管理者堆疊必須設定，如果使用了irq中斷，則irq堆疊也必須設定。
如果系統使用了dram或其它外設，需要設定相關的暫存器，以確定其重新整理頻率，資料匯流排寬度等資訊。
⑷ 初始化儲存器系統
有些晶元可通過暫存器程式設計初始化儲存器系統，而對於較複雜系統通常整合有mmu來管理記憶體空間。
⑸ 如有必要改變處理器模式、狀態
如果系統應用程式是執行在使用者模式下，可在此處將系統改為使用者模式並初始化使用者堆疊指標。
⑹ 初始化c語言所需的儲存器空間。
為正確執行應用程式，在初始化期間應將系統需要讀寫的資料和變數從rom拷貝到ram裡；一些要求快速響應的程式，如中斷處理程式，也需要在ram中執行；如果使用flash，對flash的擦除和寫入操作也一定要在ram裡執行。arm公司軟體開發工具包中的鏈結器提供了分布裝載功能，可以實現這一目的。
⑺ 呼叫c程式。
arm有兩種指令集:16位thumb指令集和32位arm指令集。使用16位的儲存器可以降低成本， 在這種情況下，thumb指令集的整體執行速度比arm 32位指令集快，而且提高了**密度，所以一般用thumb編譯器將c語言程式編譯成16位的**。 處理器一開始總在arm狀態，可使用bx指令轉換到thumb狀態呼叫c程式。要注意的是用ｃ語言編寫嵌入式程式時，要避免使用不能被固化到ｒｏｍ中的庫函式。
3．技術難點分析
⑴.mmu的使用
mmu是儲存器管理單元的縮寫，是用來管理虛擬記憶體系統的器件。mmu通常是cpu的一部分，本身有少量儲存空間存放從虛擬位址到實體地址的匹配表。此表稱作tlb(轉換旁置緩衝區)。所有資料請求都送往mmu，由mmu決定資料是在ram內還是在大容量儲存器裝置內。如果資料不在儲存空間內，mmu將產生頁面錯誤中斷。
mmu的兩個主要功能是:
① 將虛位址轉換成實體地址。
② 控制儲存器訪問允許。mmu關掉時，虛位址直接輸出到物理位址匯流排。
在實踐中，使用mmu解決了如下幾個問題：
①使用dram作為大容量儲存器時，如果dram的行列是非平方的，會導致該dram的實體地址不連續，這將給程式的編寫除錯造成極大不便，而適當配置mmu可將其轉換成虛擬位址連續的空間。
②arm核心的中斷向量表要求放在0位址， 對於rom在0位址的情況，無法除錯中斷服務程式，所以在除錯階段有必要將可讀寫的儲存器空間對映到0位址。
③系統的某些位址段是不允許被訪問的，否則會產生不可預料的後果,為了避免這類錯誤,可以通過mmu匹配表的設定將這些位址段設為使用者不可訪問型別。
啟動程式中生成的匹配表中包含位址對映，儲存頁大小(1m,64k,或4k)以及是否允許訪問等資訊。
例如:目標板上的16兆dram的實體地址區間為0xc000，0000～0xc07f，ffff;0xc100，0000～0xc17f，ffff;16兆rom的虛擬位址區間為:0x0000，0000～0x00ff，ffff。匹配表配置如下:
0x0000，0000 0xc000，0000 r/w
0x0010，0000 0xc010，0000 …
0x0020，0000 0xc020，0000 …
…… ……
0x0070，0000 0xc070，0000 r/w
0x0080，0000 0xc100，0000 …
…… ……
0x00f0，0000 0xc170，0000 …
0x0100，0000 0x0000，0000 ro
0x0110，0000 0x0010，0000
0x01f0，0000 0x00f0，0000
0x0200，0000 0x0200，0000 inaccessable
…… …… …
可以看到左邊是連續的虛擬位址空間，右邊是不連續的實體地址空間，而且將dram對映到了0位址區間。 mmu通過虛擬位址和頁面表位置資訊，按照轉換邏輯獲得對應實體地址，輸出到位址匯流排上。
應注意到的是使能mmu後，程式繼續執行，但是對於程式設計師來說程式計數器的指標已經改變，指向了rom所對應的虛擬位址。
⑵目標檔案的分布裝載分析
首先建立乙個文字檔案，稱為分布裝載描述檔案。它為應用程式的各部分指定裝載區間和執行區間。
舉例如下:
flash 0x01000000 0x011fffff ；2m flash
dram 0x00000000
} 在arm鏈結器的命令列裡加入「-scov description-file –scf」或「-scatter description-file」，編譯鏈結後，將產生乙個分布裝載檔案。
鏈結器同時產生一組符號，給出每個分布描述檔案中命名的區間的長度，裝載位址和執行位址。由於鏈結器和c庫都沒有將**從它的裝載區間拷貝到執行區間，或建立乙個零初始化區域的功能，所以要由應用程式設計師利用這組符號產生的資訊完成這項工作，這是在呼叫c程式之前必須完成的，舉例如下：
ldr r0, = |load$$dram$$base|
ldr r1, = |image$$dram$$base|
cmp r0, r1 檢查裝載位址和執行位址是否相同
eeq do_zi_init 相同，則不拷貝該區間，初始化零資料區
mov r2, r1 ； 不相同，將裝載區拷貝到執行區
ldr r4, = |image$$dram$$length|
add r2, r2, r4
bl copy
do_zi_init
ldr r1, = |image$$dram$$zi$$base|
mov r2, r1
ldr r4, = |image$$dram$$zi$$length|
add r2, r2, r4
mov r3, #0
bl zi_init 呼叫零初始化子程式
4．結束語：
嵌入式定製開發選ARM7還是ARM9
arm公司設計了許多處理器，它們可以根據使用的不同核心劃分到各個系列中。系列劃分是基於arm7 arm9 arm10 arm11和cortex核心。字尾數字7 9 10和11表示不同的核心設計。數字的公升序說明效能和複雜度的提高。嵌入式定製 arm7系列處理器是英國arm公司設計的主流嵌入式處理器a...
嵌入式Linux中讓應用程式自動啟動
在很多嵌入式系統中，由於可用資源較少，常常在系統啟動後就直接讓應用程式自動啟動，以減少使用者操作和節省資源。如何讓自己的應用程式自動啟動呢？在linux系統中，配置應用程式自動啟動的方法有以下三種 1.通過 linuxrc指令碼直接啟動 通過loader向核心傳入init program可以定製首先...
嵌入式Linux中讓應用程式自動啟動
在很多嵌入式系統中，由於可用資源較少，常常在系統啟動後就直接讓應用程式自動啟動，以減少使用者操作和節省資源。如何讓自己的應用程式自動啟動呢？在linux系統中，配置應用程式自動啟動的方法有以下三種 1.通過 linuxrc指令碼直接啟動 通過loader向核心傳入init program可以定製首先...