摘 要：介紹S3C2410處理器的快速啟動技術，重點對系統硬件的初始化，二級中斷向量表的復制，代碼段的復制以及MMU管理進行了探討，并且對具體的實現代碼進行了分析，實現了系統從RAM中的高速啟動運行。
關鍵詞：S3C2410；快速啟動；MMU

 ---嵌入式系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗等均有嚴格要求，以ARM體系結構為基礎的各種RISC微處理器具有靈活的特性和強大的性能，在嵌入式系統中得到了廣泛的應用。
---S3C2410是三星公司基于ARM920T設計的一款處理器，在開發基于S3C2410的系統的過程中，如何讓系統快速穩定地啟動是一個重要問題。嵌入式系統的資源有限，程序通常都是固化在ROM中運行。但在實際應用中，為提高系統的實時性，加快代碼的執行速度，系統啟動后程序往往要被搬移到RAM中，因為RAM的存取速度要比ROM快得多，這樣大大提升系統的性能。啟動程序要完成的任務包括：硬件初始化，系統存儲系統的配置，復制二級中斷向量表。

啟動程序過程
● 系統硬件初始化
---系統上電或復位后，程序從位于地址0x0的Reset Exception Vector處開始執行，因此需要在這里放置Bootloader的第一條指令：b ResetHandler，跳轉到標號為ResetHandler處進行第一階段的硬件初始化，主要內容為：關看門狗定時器，關中斷，初始化PLL和時鐘，初始化存儲器系統。執行完以上程序后，系統進行堆棧和存儲器的初始化。系統堆棧初始化取決于用戶使用了哪些中斷，以及系統需要處理哪些錯誤類型。一般情況下，管理者堆棧必須設置，如果使用了IRQ中斷，則IRQ堆棧也必須設置。如果系統使用了外設，則需要設置相關的寄存器，以確定其刷新頻率、總線寬度等信息。
● 代碼段復制到RAM中運行
---因為嵌入式系統的代碼通常都是固化在ROM或者Flash中，上電后開始運行。由于ROM和Flash的讀取速度相對較慢，這樣無疑會降低代碼的執行速度和系統的運行效率。為此，需要把系統的代碼復制到RAM中運行。使用SDT鏈接器ARMLink產生的定位信息，把RO的有效代碼和數據段到RAM中。ARMLink將編譯后的程序鏈接成ELF文件。映像文件內部共有三種輸出段：RO段、RW段和ZI段。這三種輸出段分別包含了只讀代碼及包含在代碼段中的少量數據、可讀寫的數據、初始化為0的數據，ARMLink同時還產生了這三種輸出段的起始和終止定位信息：Image$$RO$$Base、Image$$RO$$Limit、Image$$RW$$Base、Image$$Limit、Image$$Linit和Image$$ZI$$Limit。可以在程序中使用這些定位信息。將ROM中的代碼和數據搬移到RAM中，具體程序如下。
---LDR r0, =|Image$$RO$$Base| /*RO段起始地址*/
---LDR r1, =|Image$$RO$$Limit| /*RO段結束地址*/
---LDR r2, =|Image$$RW$$Base|
---LDR r3, =|Image$$RW$$Limit|
---/*分別求出需要映像的代碼和數據的長度并累加，放到寄存器R1中*/
---SUB r1, r1, r0
---SUB r3, r3, r2
---ADD r1, r1, r3
---/*將需要映象的代碼和數據復制到RAM中去*/
---0 /*標示符*/
---LDR r3, [r0], #4
---STR r3, [r2], #4
---SUBS r1, r1, #4
---BNE %B0 /*如果沒有復制完，跳轉到0標示符處的匯編語句，繼續復制，參見ARM指令幫助手冊*/
● 建立二級中斷向量表
---在ARM系統中，中斷向量表位于0X0開始的地址處，意味著無論運行什么樣的上層軟件，一旦發生中斷，程序就得到Flash存儲器中的中斷向量表里去，降低系統的運行效率。因此在RAM中建立自己的二級中斷向量表，當中斷發生后，程序直接從RAM中取中斷向量進入中斷子程序。尤其是在中斷頻繁發生的系統里，這種方法可以大大提高系統的運行效率，具體的實現代碼如下。
---b ResetHandler
---b HandlerUndef /*未定義模式句柄*/
---b HandlerSWI /*SWI中斷句柄*/
---b HandlerPabort /*PAbort中斷句柄*/
---b HandlerDabort /*Dabort中斷句柄*/
---b. /*保留*/
---b HandlerIRQ /*IRQ 中斷句柄*/
---b HandlerFIQ /*FIQ中斷句柄*/
---HandlerFIQ HANDLER HandleFIQ
---HandlerIRQ HANDLER HandleIRQ
---HandlerUndef HANDLER HandleUndef
---HandlerSWI HANDLER HandleSWI
---HandlerDabort HANDLER HandleDabort
---HandlerPabort HANDLER HandlePabort
---其中HANDLER是一個宏，用于查找中斷處理程序的入口地址。這些地址存放在由HandleXXX指向的表項中，該表定位在RAM高端，基地址為_ISR_STARTADDRESS。
---^ _ISR_STARTADDRESS
---HandleReset # 4
---HandleUndef # 4
---HandleSWI # 4
---HandlePabort # 4
---HandleDabort # 4
---HandleReserved # 4
---HandleIRQ # 4
---HandleFIQ # 4
● MMU的應用
---MMU是存儲器管理單元的縮寫，是用來管理虛擬內存系統的器件。MMU通常是CPU的一部分，本身有少量存儲空間存放從虛擬地址到物理地址的匹配表，此表稱作TLB(轉換旁置緩沖區)。所有數據請求都送往MMU，由MMU決定數據是在RAM內還是在大容量外部存儲器設備內。如果數據不在存儲空間內，MMU將產生頁面錯誤中斷。MMU存儲器系統的結構允許對存儲器系統的精細控制，大部分的控制細節由存在存儲器中的轉換表提供。這些表的入口定義了從1KB～1MB的各種存儲器區域的屬性。MMU完成的兩個主要功能是：將虛地址轉換成物理地址，控制存儲器存取允許。MMU關掉時，虛地址直接輸出到物理地址總線。
---經過以上的分析可以發現，系統啟動程序主要是完成了硬件的初始化，以及克服Flash或ROM讀取速度慢的弱點，提高指令和數據的讀取速度，實現系統的高速運行，并且通過MMU的應用，減少RAM的使用，降低系統成本。

參考文獻
1 S3C2410數據手冊
2 ARM920T數據手冊
3 王京林.ARM7在嵌入式應用中啟動程序
的實現