ImageCraft下的AVR启动代码

        以前经常想自己使用编译器编写MCU的C代码，编译器帮我们做了什么。编译器是如何分配变量和代码的。所以就闲着没事去看编译器的安装路径下有什么东东。工作中使用的是ICCAVR编译器和Atmel的atmega64.所以我倒腾的就是这款编译器和MCU~~~。

        说实话ICCAVR编译器确实非常简捷方便，但是功能强大(当然了，我没用过其它的编译器o(╯□╰)o)。对于它的基本使用再次不再赘述。在编译器环境中点击帮助菜单会弹出Show Library Source Code passwd,然后点击会弹出一个小提示框：password is ICCAVR.来到ICCAVR的安装目录中会看到有一个压缩包libsrc.zip，它在libsrc.avr文件夹内。呵呵想必你已经知道这个压缩包的解压密码了。里边有常用的C库函数源代码和常用函数的汇编代码。

       在libsrc.avr文件夹下有个init.s文件，这个文件是mega系列mcu初始化的通用文件。里边是几十行汇编代码。在MCU上电时首先执行的代码就是这些代码，而并不是你编写的代码~~~代码如下：

; init.s

;

; to be included by the crt*.s files

;

; initialize stacks

;

; set the hardware stack to ram_end, and the software stack some

; bytes below that

ldi R28,ldi R29,>ram_end

out $3D,R28

out $3E,R29

subi R28,sbci R29,>hwstk_size

ldi R16,0xAA  ; sentenial

std Y+0,R16

; put sentenial at bottom of HW stack

clr R0

ldi R30,<__bss_start

ldi R31,>__bss_start

ldi R17,>__bss_end

; this loop zeros out all the data in the bss area

;

init_loop:

cpi R30,<__bss_end

cpc R31,R17

breq init_done

st Z+,R0

rjmp init_loop

init_done:

std Z+0,R16  ; put sentenial at bottom of SW stack

; copy data from idata to data

; idata contains the initialized values of the global variables

ldi R30,<__idata_start

ldi R31,>__idata_start

ldi R26,<__data_start

ldi R27,>__data_start

ldi R17,>__idata_end

  ; set RAMPZ always. If this is a main app, then RAMPZ needs to reset to

  ; zero if invoked through the bootloader

ldi R16,USE_ELPM

out 0x3B,R16

copy_loop:

cpi R30,<__idata_end

cpc R31,R17

breq copy_done

  .if USE_ELPM

elpm ; load (RAMPZ:Z)

  .else

lpm ; load (Z) byte into R0

  .endif

adiw R30,1

st X+,R0

rjmp copy_loop

copy_done:

        不熟悉汇编的请自己去补充，这段代码中也使用了一些ICC自己的编译器伪指令：<、>分别是对$FF进行取余和取整运算。而ram_end、hwstk_size等常量是我们在新建工程的时候选择芯片类型的时候决定的，或者可以在project的option选项中进行更改。通常下默认的hwstk_size硬件堆栈的大小为30，ram_end的大小取决于你使用的芯片AVR64则该值是10ff.这与芯片内部的存储器组织相关，它标记了MCU的sram的终端地址。.text伪指令标定了以下生成的是位于代码区，_start::标号是编译器内部开始标号，而_main才是我们的程序入口。Note：ICC编译器中的::表示外部标号，:表示内部标号。

        首先使用立即数加载ldi将RAM的高端地址存入Y指针，同时将Y指针赋值给SP堆栈指针out  $3D,R28中的0x3D就是SPL的地址。这样通过前四条指令就设置好了堆栈指针。然后采用相同的办法设置好堆栈尺寸。由于Y指针指向了堆栈的高端地址，然后使用subi指令减掉你在编译器环境下设置的堆栈尺寸，将Y指针指向硬件堆栈的栈底，同时硬件堆栈的栈底紧邻软件堆栈的栈顶。为了防止堆栈溢出，ICC编译器专门在该处存放了0xAA作为标记(ldi  R16，0xAA      std  Y+0，R16)。其实你去看头文件中的宏函数检查堆栈是否溢出，它就是判断该处存放的0XAA是否给覆盖掉。

        设置好堆栈之后，再进行变量的内存分配。对于变量内存的分配，编译器是这样操作的：先定义先分配，同时不会对内存进行速度优化(偶字节对其什么的都不会，因为Sram非常稀缺)。变量又分为有初值的变量和无初值的变量(变量的定义和声明)，ICC将这两类变量分别存储到bss区和data区。bss区存放没有初值的变量(只有声明，没有定义的全局变量等),data区存放有初值的全局性变量(全局变量和static修饰的有初值的变量).对于bss区的处理自然非常简单

        clr R0

ldi R30,<__bss_start

ldi R31,>__bss_start

ldi R17,>__bss_end

init_loop:

cpi R30,<__bss_end

cpc R31,R17

breq init_done

st Z+,R0

rjmp init_loop

利用处理器特性指令，设置好Z指针，使用指针自增存储配合跳转，将你编写的C工程中bss变量进行全部默认清零。此时执行std   z+0,R16依然将0xAA标记存放到bss区顶部，在bss区和硬件堆栈区之间是软件堆栈区。是这样的：编译器在帮你规划存储器的时候，你的变量空间是先从低地址开始的，首先规划data区，然后划分bss区，剩余的就是软件堆栈区，最后是硬件堆栈区。所以当你的全局性变量太多时，硬件堆栈是一定的，那么软件堆栈势必会被挤压过小，软件堆栈用来函数调用时的入栈出栈，中断现场保护等操作。所以该情况下特别容易引起堆栈溢出~~~！！！

ldi R30,<__idata_start

ldi R31,>__idata_start

ldi R26,<__data_start

ldi R27,>__data_start

ldi R17,>__idata_end

此时又出现了idata区和data区的分别。idata区指定了你的有初值的全局变量在Flash中的存放位置，不然MCU如何记住你定义的变量初值呢？

copy_loop:

cpi R30,<__idata_end

cpc R31,R17

breq copy_done

  .if USE_ELPM

elpm ; load (RAMPZ:Z)

  .else

lpm ; load (Z) byte into R0

  .endif

adiw R30,1

st X+,R0

rjmp copy_loop

copy_done:

这段代码就是将初值全部copy到RAM中的data区对应位置，根据芯片类型来确定是否需要elpm。

        整个init.s代码就是这样，前边注释中也提到了;to be included by the crt*.s files。这段通用代码会被引用到crtxxboot.s代码中。通用的boot代码如下所示：

; make sure to assemble w/ -n flag, e.g.

; iasavr -n crt...

;

; bootloader startup file, same as crtavr.s except that vectors are routed

; to the bootloader section and use jmp for the vector

;

.include "area.s"

.text

__start:: ; entry point

; route vector

ldi R16,1

out 0x35,R16  ; MCUCR = 1, unlock IVSEL

ldi R16,2

out 0x35,R16  ; MCUCR = 2, set ivsel        以上的代码用来设置中断向量表位置，是位于Flash的起始位置，还是bls区(这个以后讨论)

USE_ELPM = 0;

.include "init.s"

; call user main routine

call _main                                                            寻找你的main函数，现在编译器已经帮你把所有的都准备好了，将MCU交给你。

_exit::

rjmp _exit

; interrupt vectors. The first entry is the reset vector

;

.area vector(abs)                                              标定中断向量绝对地址，位于00000H处，进行一次跳转，寻找__start

.org 0

jmp __start

额，这样对于ICCAVR对MCU的初始化就完成了，这是我的理解。希望批评指正。