ARM的启动代码(1):介绍

很多朋友搞嵌入式，写起代码来一点问题没有，到最后上板子调试的时候，挂了。究其原因，还是对芯片的启动地址、启动方式、bootloader和操作系统的衔接出了问题。今天就闲聊一下这个问题。

对于一个新处理器，我们最关心的是什么呢？并不是它支持不支持C编译器，有没有良好的开发环境。从程序员的角度说，要把一个新处理器吃透，必须明白两样东西：a)新处理器的内存模型；b)新处理器的中断方式、中断源等等。以ARM的AT91SAM9260为例。

一个ARM芯片可能有N种不同的启动方式，支持从SPI flash启动、Norfalsh、nandflash、片内rom 等等。一些操作系统，如vxworks、ecos也支持这些五花八门的启动方式，如果不理解内存模型，会认为这些方式是完全不同的。但从有经验的嵌入式软件工程师眼里，这些方式其实都是一种方式扩展出来的。所有的ARM一上电以后，都是进入SVC模式、中断关闭、ARM指令，从0x0处执行代码。

我们来考察一个问题，SP flash和Nandflash是用什么总线的呢？SPI 和 8Bit or 16bit, 在代码中可以通过简单的赋值和地址方式来访问spi flash和nandflash中的内容吗？是不可以的，读取spi flash/nandflash,写入spi flash/nandflash首先要写入命令，然后准备缓冲区，刷新数据。所有这些不可能简简单单的通过一条LDR、STR指令完成对存储单元的访问。专业的话来说，SPIflash/nandflash并不是和系统统一编址的。一上电以后，ARM从0x0处执行，是无法通过复杂的方式获取0x0处的数据，只能通过简单的总线动作完成。也就是，想直接用spiflash/nandflash启动ARM那是天方夜谭……为什么有的ARM可以用spiflash/nandflash启动系统呢？AT91SAM9260 就是一个这样的芯片。


我们来看看AT91SAM9260的芯片存储结构：0x0~0x0FFF FFFF是internal memories,就是芯片内部的存储器。0x0~ 0x0F FFFF 是boot memory, 0x10 0000 到 0x10 7FFF是ROM。0x20 0000~0x20 0FFF是 SRAM0，0x30 0000 ~ 0x30 0FFF 是 SRAM1。boot memory是什么？boot memory是一个空闲的地址。可将SRAM0、ROM映射到该地址来，也就是用控制寄存器，选择ROM、SRAM0映射到boot memory位置。如果访问boot memory的地址，也就是访问被映射到该位置的ROM或SRAM0地址内容。例如，如果boot memory映射了SRAM0，访问0x10 的位置与0x20 0010位置是等价的。芯片一上电后，默认的映射是ROM，ROM是什么？原来是ATMEL为9260定义的一段启动代码，出厂就固化在里面。它会寻找Dataflash(ATMEL的一种flash)，从flash中加载bootloader,或寻找nandflash、norflash，加载bootloader。

ARM上电从内存0x0开始执行，9260将rom映射到boot memory的位置，即执行的rom中的代码。从外设中加载bootloader。这个过程就顺利成章了，boot memory在arm7中是经常可见的，用以解决ARM的启动和异常向量的问题。是个非常完美的解决方案。

到这里，我们就明白了，其实从nandflash/spi flash/uart/网络等方式加载应用程序，实际上，ARM裸机是做不到的，必须要告诉ARM方法。也就是说，我们必须写个程序告诉ARM，从什么口，什么方法可以把正确的代码载入内存。明白了这一点，就需要弄清楚地址了，就是将什么东西加载到什么位置。其实这个问题并不复杂，关键就是把一些概念分清楚就好了。

1. 我们的代码加载到芯片统一编址的什么位置，这个地址整个芯片内部都是通行可见的。

2. 
   

3. 我们的代码存储在spi flash/nandflash这样非统一编制的器件上，代码在这些器件上的地址从哪里开始？其实这个地址对ARM来说已经不是统一编制的地址了，只需要编程人员明了，写好驱动，从指定位置加载就好。如果厂家已经写好驱动，这个地址已经固定了，对于编程人员来说，将代码写入nandflash/spi flash不能再随心所欲了，因为无法改变驱动中的起始地址了。

4. 
   

5. 被加载代码的格式。如果是原始二进制格式，参考1)就可以了。但如果是elf文件，那就稍微麻烦了：elf文件中含有每一块数据加载到芯片的什么位置，但不管怎么说，思路都是一样的，将合适的代码加载到芯片特定的位置。

修改这些地址的位置也是不同的，Bootloader可以配置将目标加载到的位置、获取目标代码的位置和获取目标代码的方法；工具链的链接脚本可以修改每个段(数据段、代码段)的位置。硬件的片选信号也决定着器件统一编址的位置。所以，在设计ARM启动代码的时候，不能孤立的去看芯片资料，需要统一从全局考虑。