周立功NXPLPC21xx22xx系列ARM芯片的启动程序分解.docx

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周立功NXPLPC21xx22xx系列ARM芯片的启动程序分解

周立功NXPLPC21xx/22xx系列ARM芯片的启动程序分解2008.11.25

zhongcw1002@作者：

钟常慰关于LPC2200启动程序分散加载描述文件的叙述在ADSLPC2200的启动模板中有一个scf文件夹，其中有mem_a.scf、mem_b.scf、mem_c.scf这3

个文件，这3个文件是ADS的分散加载机制，其目的是将代码段和数据段分别定位到指定地址上。

可以在ArmLinker中选择加载路径。

分散装载技术概述：

分散装载技术可以把用户的应用程序分割成多个RO（只读）运行域和RW（可读写）运行域（一个存储区域块），并且给它们制定不同的地址。

一个嵌入式系统中，Flash、16位RAM、32位RAM都可以存在于系统中，所以，将不同功能的代码定位在特定的位置会大大地提高系统的运行效率。

下面是最为常用的2种情况：

1、32位的RAM运行速度很快，因此就把中断服务程序作为一个单独的运行域，放在32位的RAM，使它的响应时间达到最快。

2、程序在RAM中运行，其效率要远远高于在ROM中运行，所以将启动代码（Bootloader）以外的所有代码都复制在RAM中运行，可以提高运行效率。

分散装载技术主要完成了2个基本的功能：

如何分散。

就是如何将输入段组成输出段和域。

如何装载。

就是确定装载域和运行域在存储空间里的地址是多少。

域可以分为装载域和运行域

装载域描述运行前输出段和域在ROM/RAM里的分布状态，运行域描述了运行时输出段和域在ROM/RAM里的分布状态。

大多数情况下，映像文件在执行前把它装载到ROM里，而当运行时，RWRAM里，程序才能正常运行，所以，在装载和运行时，RW类的输出段处在不同的位置（地址空间）。

Scatterfile分散加载文件：

RO：

只读的代码段和常量

RW：

可以读写的全局变量和静态变量

ZI：

RW段中要被初始化为零的变量。

Scatterfile中的定义要按照系统冲定向后的存储器分布情况进行，在引导程序完成初始化任务后，应该把主程序转移到RAM中运行以加快系统的运行速度。

分（消）散

2008.11.25

zhongcw1002@

LPC2200的分散加载文件分析：

ROM_LOAD0x80000000

{

ROM_EXEC0x80000000

（2）第一个运行时域描述

（3）

（4）

（5）

（6）

（7）将栈底放入堆栈的后面（+0）不进行初始化（UNINIT）,

（1）加载时域描述{Startup.o（vectors,+First）*（+RO）}IRAM0x40000000放置向量表将MyStacks堆栈段装载到片内静态RAM中。

{Startup.o（MyStacks）}STACKS_BOTTOM+0UNINIT

{Startup.o（StackBottom）}

STACKS0x40004000UNINIT

栈底为Startup中的StackBottom。

（8）（9）将栈放入地址为0x40004000并且不进行初始化（UNINIT）。

（10）（11）将所有的RW和ZI段放入外部存储器中以0x80040000（13）在RWZI段后放入堆底（Startup.o（Heap））（14）{Startup.o（Stacks）}ERAM0x80040000{*（+RW,+ZI）}HEAP+0UNINIT（12）为开头的地址中。

并且全部清零（+ZI）外部RAM中指定的区域。

{Startup.o（Heap）}并且不进行初始化。

HEAP_BOTTOM0x80080000UNINIT{Startup.o（HeapTop）}

}

FLASH_LOAD0x810000000x1000

{FLASH_EXEC0x81000000

{main.o（+RO）}

}（15）将堆定放入外部RAM中（0x80080000）。

（16）（17）自己添加的加载代码，把main.c的目标文件加载到（18）片外Flash中并且占用了0x1000的大小。

（19）

（1）加载时域描述，名称位ROM_LODA它的地址为0x80000000；

0x80000000为LPC片外RAM地址，即将以下的加载的段和域都在RAM中。

（2）第一个运行时域描述。

ROM_EXEC描述了执行区的地址，放在第一块定义，其起始地址、空间大小域加载区起始地址、空间大小要一样。

（2）-（4）从起始地址开始放置向量表。

Startup.o是Startup.s的目标文件。

Vectors为中断向量表。

模块Startup位于该加载域的开

头（+First）,vectors作为入口点，包含全部的RO代码。

ARM在芯片复位之后，系统进入管理模式、ARM状态，PC（R15）寄存器的值为0x00000000,所以必须保证用户的向量表代码定位在0x00000000处，或者映射到0x00000000处（例如向量表代码在0x80000000处，通过存储器映射，访问0x0000000就是访问（0x80000000）。

（5）-（6）第二运行时域描述。

将MyStacks堆栈段装载到片内静态RAM中。

（7）-（8）将栈底放入堆栈的后面（+0）不进行初始化（UNINIT）,栈底为Startup中的StackBottom。

（9）-（10）将栈放入地址为0x40004000并且不进行初始化（UNINIT）。

（11）-（12将所有的RW和ZI段放入外部存储器中以0x80040000为开头的地址中。

并且全部清零（+ZI）外部RAM中指定的区域。

（13）-（14）在RWZI段后放入堆底（Startup.o（Heap））并且不进行初始化。

（15）-（16）将堆定放入外部RAM中（0x80080000）。

（17）-（19）自己添加的加载代码，把main.c的目标文件加载到片外Flash中并且占用了0x1000的大小。

;********************************************************************************************************/;**FileName:

men_a.scf

ROM_LOAD0x80000000//ROM加载{

ROM_EXEC0x80000000//ROM执行（起始地址）程序0x80000000外部存储区

{Startup.o（vectors,+First）//Startup.o文件（向量，程序入口）*（+RO）}//只读

IRAM0x40000000//IndexedRandomAccessMethod,索引随机存取方法0x40000000{Startup.o（MyStacks）}//Startup（堆栈）装载到片内SRAM中

STACKS_BOTTOM+0UNINIT//堆栈栈底，将栈底放入堆栈的后面（+0），不初始化

{Startup.o（StackBottom）}//将栈放入地址为0x40004000并且不进行初始化（UNINIT）

STACKS0x40004000UNINIT//堆栈0x4000400016kb的SRAM片内存储区{Startup.o（Stacks）}//Startup.o文件（堆栈）

ERAM0x81000000//将所有的RW和ZI段放入外部存储器中0x81000000为开头的地址中{*（+RW,+ZI）}//并且全部清零（+ZI）外部RAM中指定的区域读写（无输入ZI）HEAP+0UNINIT//在RWZI段后放入堆底（Startup.o（Heap））并且不进行初始化{Startup.o（Heap）}//Startup.o文件（堆栈）

HEAP_BOTTOM0x81080000UNINIT//将堆定放入外部RAM中0x81080000

{Startup.o（HeapTop）}//Startup.o文件（堆栈栈顶）

}

;********************************************************************************************************/;**FileName:

men_b.scf

ROM_LOAD0x80000000

{

ROM_EXEC0x80000000

{Startup.o（vectors,+First）

*（+RO）}

IRAM0x40000000

{Startup.o（MyStacks）}

STACKS_BOTTOM+0UNINIT

{Startup.o（StackBottom）}

STACKS0x40004000UNINIT

{Startup.o（Stacks）}

ERAM0x80040000

{*（+RW,+ZI）}

HEAP+0UNINIT

{Startup.o（Heap）}

HEAP_BOTTOM0x80080000UNINIT

{Startup.o（HeapTop）}

}

;********************************************************************************************************/;**FileName:

men_c.scf

ROM_LOAD0x0

{

ROM_EXEC0x00000000

{Startup.o（vectors,+First）

*（+RO）}

IRAM0x40000000

{Startup.o（MyStacks）}

STACKS_BOTTOM+0UNINIT

{Startup.o（StackBottom）}

STACKS0x40004000UNINIT

{Startup.o（Stacks）}

ERAM0x80000000

{*（+RW,+ZI）}

HEAP+0UNINIT

{Startup.o（Heap）}

HEAP_BOTTOM0x80080000UNINIT

{Startup.o（HeapTop）}

}

;/********************************************************************************************************

加载文件的更多分解说明，网上了解资料。

只作参考

有如下分散加载文件：

ROM_LOAD0x00000000//程序起始点（程序在Flash中）OriginationPointofCode（CodeinFlash）{

ROM_EXEC0x00000000//起始程序执行OriginationPointofExecuting

{Startup.o（vectors,+First）

*（+RO）}

IRAM0x40000040//内部SRAM起始点OriginationPointofInternalSRAM

{Startup.o（MyStacks）}//0x40000000~0x4000003FforVector

STACKS_BOTTOM+0UNINIT

{Startup.o（StackBottom）}

STACKS0x40004000UNINIT//EndPointofInternalSRAM

{Startup.o（Stacks）}

ERAM0x81000000//外部RAM起始点OriginationPointofExternalSRAM

{*（+RW,+ZI）}

HEAP+0UNINIT

{Startup.o（Heap）}

HEAP_BOTTOM0x81800000UNINIT//外部RAM结束点EndPointofExternalSRAM

{Startup.o（HeapTop）}

}

其中，ROM_LOAD为加载区的名称，其后面的0x00000000表示加载区的起始地址（存放程序代码的起始地址），也可以在后面添加其空间大小，如“ROM_LOAD0x000000000x20000”表示加载区起始地址为0x00000000，大小为128K字节；ROM_EXEC描述了执行区的地址，放在第一块位置定义，其起始地址、空间大小与加载区起始地址、空间大小要一致。

从起始地址开始放置向量表（即Startup.o（vectors，+First），其中Startup.o为Startup.s的目标文件），接着放置其他代码（即映像文件）（即*（RO））；变量区IRAM的起始地址为0x4000000040，放置Startup.o（MyStacks）；变量区ERAM的起始地址为0x80000000，放置出Startup.o文件之外的其他文件的变量（即*（+RW，+ZI））；紧靠ERAM变量区之后的是系统堆空间（HEAP），放置描述为Startup.o（Heap）；堆栈区STACKS使用片内RAM，由于ARM的堆栈一般采用满递减堆栈，所以堆栈区的起始地址设置为0x40004000，放置描述为Startup.o（Stacks）

2．使用地址不连续的内存（LPC2368）

Lpc2368一共有56K的RAM，其中通用Ram32K，地址为0x40000000~0x40007fff；8KB的USB专用RAM，地址0x7fd00000~0x7fd01ffff；16KBEthernet专用RAM，地址为0x7fe00000~0x7fe03fff；以上的USB和Ethernet专用RAM也可用做通用RAM，需要做如下设置：

（1）target.c中将USB和Ethernet功能打开，需要设置PCONP寄存器，详见Datasheet。

（2）设置分散加载文件，分配这两段内存。

在DebugInRam模式下，有如下分散加载文件：

ROM_LOAD0x40000000

{

ROM_EXEC0x40000000//加载映像文件（通用RAM首地址）

{Startup.o（vectors,+First）

*（+RO）}

IRAM0x40007000//用户堆栈

{Startup.o（MyStacks）}

STACKS0x40008000UNINIT//系统堆栈

{Startup.o（Stacks）}

ERAM0x7fe00000/*变量，放置与Ethernet专用RAM首地址*/

{*（+RW,+ZI）}

HEAP+0UNINIT

{Startup.o（Heap）}

}

3．分散使用Flash地址（LPC2368）

项目中，要求将片内Flash起始几个扇区空出来留作他用，或者当用到的Flash地址不连续的时候，都可用以下方法来编写分散加载文件：

ROM_LOAD0x00000000

{

ROM_EXEC0x00000000/*中断向量表*/

{Startup.o（vectors,+First）}

……

ROM_LOAD10x00004000//加载映像文件，从第四个扇区开始

{ROM_EXEC10x00004000

{

*（+RO）

}

}

值得注意的是，中断向量表必须放在flash起始地址处，否则无法启动。

根据以上分散加载文件编译生成的Hex文件会有两个，分别如下：

Hex1：

:

020000040000FA

:

1000000018F09FE518F09FE518F09FE518F09FE5C0

……

Hex2：

:

020000040000FA

:

1040000090808FE20F0098E8080080E0081081E0BF

。

。

。

可以看出，生成的两段Hex文件的起始地址是不同的，其中一段为中断向量表；另一段为用户映像文件。

4．固定变量内存地址

嵌入式开发中，有时会需要在同一片内的不同段程序（比如Bootloader和主程序间）间传递数据，这时候往往需要固定变量地址。

一般来言，C语言编写的程序，变量地址是由C编译器来分配内存的，程序员无法实现知道变量地址。

而ADS中的分散加载文件可以告知编译器，固定某些变量的地址，如下：

ROM_LOAD0x00000000

{

ROM_EXEC0x00000000

{Startup.o（vectors,+First）

*（+RO）}

RAM0x40000000UNINIT//Mfile.c中的所有变量地址从0x40000000开始

{Mfile.O（+RW,+ZI）}

IRAM0x40000010

{Startup.o（MyStacks）

*（+RW,+ZI）}

HEAP+0UNINIT

{Startup.o（Heap）}

STACKS0x40004000UNINIT

{Startup.o（Stacks）}

}

上述分散加载文件固定了Mfile.c中变量的起始地址，以这种方法，可以固定任何全局变量的地址，以便其被其他系统访问。

;/********************************************************************************************************;**Filename:

Startup.s//起始文件

;定义堆栈的大小

SVC_STACK_LEGTHEQU0//管理堆栈长度

FIQ_STACK_LEGTHEQU0//快速中断堆栈长度

IRQ_STACK_LEGTHEQU256//通用中断堆栈长度

ABT_STACK_LEGTHEQU0//中止堆栈长度

UND_STACK_LEGTHEQU0//未定义堆栈长度

NoIntEQU0x80

USR32ModeEQU0x10//用户模式

SVC32ModeEQU0x13//管理模式

SYS32ModeEQU0x1f//系统模式

IRQ32ModeEQU0x12//通用中断模式

FIQ32ModeEQU0x11//快速中断模式

//以下几个定义是确定寄存器所在地址（保证前期初始化作业）书本191-193页PINSEL2EQU0xE002C014//定义引脚功能选择寄存器2在芯片中所在的地址（0xE002C014）（不管内容）

BCFG0EQU0xFFE00000//存储器组0所在芯片位置（0xFFE00000）设定与外设的读写及间隔速度设定BCFG1EQU0xFFE00004//存储器组1所在芯片位置（0xFFE00004）设定与外设的读写及间隔速度设定BCFG2EQU0xFFE00008//存储器组2所在芯片位置（0xFFE00008）设定与外设的读写及间隔速度设定BCFG3EQU0xFFE0000C//存储器组3所在芯片位置（0xFFE0000C）设定与外设的读写及间隔速度设定

IMPORT__use_no_semihosting_swi

IMPORT__use_two_region_memory

;引入的外部标号在这声明

IMPORTFIQ_Exception//快速中断异常处理程序

IMPORT__main//C语言主程序入口

IMPORTTargetResetInit//目标板基本初始化

;给外部使用的标号在这声明//这些标号都是代表一段字节的首地址，可参见后面的部分设定

EXPORTbottom_of_heap//heap的底部

EXPORTbottom_of_Stacks//stack的底部

EXPORTtop_of_heap//heap的顶部

EXPORTStackUsr

EXPORTReset//复位

EXPORT__user_initial_stackheap//库函数初始化堆和栈

CODE32//32位ARM代码

AREAvectors,CODE,READONLY//只读程序入口

ENTRY//进入

;中断向量表

Reset

LDRPC,ResetAddr//复位起始地址

LDRPC,UndefinedAddr//未定义异常向量地址

LDRPC,SWI_Addr//软件复位向量地址

LDRPC,PrefetchAddr//预指令中止

LDRPC,DataAbortAddr//数据异常向量地址

DCD0xb9205f80//将所有向量表合计为0的一个指定数据

LDRPC,[PC,#-0xff0]//IRQ（该指令会读取VICVectAddr寄存器的值,然后放入PC指针）

LDRPC,FIQ_Addr//快速中断地址

;给每一个向量分配连续的字存储单元

ResetAddrDCDResetInit//将ResetInit入口地址赋予ResetAddr复位初始化

UndefinedAddrDCDUndefined//将Undefined入口地址赋予UndefinedAddr未定义

SWI_AddrDCDSoftwareInterrupt//将SoftwareInterrupt入口地址赋予SWI_Addr软件复位

PrefetchAddrDCDPrefetchAbort//将PrefetchAbort入口地址赋予PrefetchAddr预指令中止

DataAbortAddrDCDDataAbort//将DataAbort入口地址赋予DataAbortAddr数据异常

NouseDCD0//将Nouse赋予0

IRQ_AddrDCD0//将IRQ_Addr赋予0通用中断

FIQ_AddrDCDFIQ_Handler//将FIQ_Handler入口地址赋予FIQ_Addr快速中断

;未定义指令

Undefined

BUndefined//原地循环

;软中断

SoftwareInterrupt

BSoftwareInterrupt//原地循环

;取指令中止

PrefetchAbort

BPrefetchAbort//原地循环

;取数据中止

DataAbort

BDataAbort//原地循环

;快速中断

FIQ_Handler

STMFDSP!

{R0-R3,LR}//入栈

BLFIQ_Exception//调快速中断程序

LDMFDSP!

{R0-R3,LR}//出栈

SUBSPC,LR,#4//返回当初的地址

;/*****************