嵌入式开发学习(10)<汇编写启动代码之设置栈、调用c语言、开关看门狗和开关iCache>

C语言运行时需要和栈的意义:

  “C语言运行时(runtime)”需要一定的条件,这些条件由汇编来提供。C语言运行时主要是需要栈
 C语言与栈的关系:C语言中的局部变量都是用栈来实现的。如果我们汇编部分没有给C部分预先设置合理合法的栈地址,那么C代码中定义的局部变量就会落空,整个程序就死掉了。
 我们平时在编写单片机程序(譬如51单片机)或者编写应用程序时并没有去设置栈,但是C程序还是可以运行的。原因是:在单片机中由硬件初始化时提供了一个默认可用的栈,在应用程序中我们编写的C程序其实并不是全部,编译器(gcc)在链接的时候会帮我们自动添加一个头,这个头就是一段引导我们的C程序能够执行的一段汇编实现的代码,这个代码中就帮我们的C程序设置了栈及其他的运行时需要。

CPU模式和各种模式下的栈:

  在ARM中37个寄存器中,每种模式下都有自己的独立的SP寄存器(r13),为什么这么设计?
 如果各种模式都使用同一个SP,那么就意味着整个程序(操作系统内核程序、用户自己编写的应用程序)都是用一个栈的。你的应用程序如果一旦出错(譬如栈溢出),就会连累操作系统的栈也损坏,整个操作系统的程序就会崩溃。这样的操作系统设计是非常脆弱的,不合理的。
 解决方案就是各种模式下用不同的栈。我的操作系统内核使用自己的栈,每个应用程序也使用自己独立的栈,这样各是各的,一个损坏不会连累其他人。
 我们现在要设置栈,不可能也懒的而且也没有必要去设置所有的栈,我们先要找到自己的模式,然后设置自己的模式下的栈到合理合法的位置,即可。
 注意:系统在复位后默认是进入SVC模式的
 我们如何访问SVC模式下的SP呢?很简单,先把模式设置为SVC,再直接操作SP。但是因为我们复位后就已经是SVC模式了,所以直接设置SP即可。

S5PV210 的Memory Map 如下图:

  

注:ARM公司规定用满减栈,别问为什么。

继上篇博文,实现c语言版的LED流水灯,代码如下:

修改led.S名为start.S,内容修改如下:

#define SVC_STACK 0xd0037d80  //svc地址
.global _start
 _start:
ldr sp, = SVC_STACK //设置svc栈 //从这里开始,用c来控制LED bl led_blink //c函数 b .

 修改Makefile内容如下:

led.bin: start.o led.o 
    arm-linux-ld -Ttext 0x0 -o led.elf $^
    arm-linux-objcopy -O binary led.elf led.bin
    arm-linux-objdump -D led.elf > led_elf.dis
    gcc mkv210_image.c -o mkx210
    ./mkx210 led.bin 210.bin
    
%.o : %.S
    arm-linux-gcc -o $@ $< -c -nostdlib

%.o : %.c
    arm-linux-gcc -o $@ $< -c -nostdlib

clean:
    rm *.o *.elf *.bin *.dis mkx210 -f
   

注:-nostdlib 表示不用加载系统库函数。
新增led.c文件,内容如下:

#define GPJ0CON  0xE0200240  //LED1、LED2、LED3所对应的GPJ0组的control寄存器地址
#define GPJ0DAT  0xE0200244  //LED1、LED2、LED3所对应的GPJ0组的data寄存器地址
#define GPD0CON  0xE02000A0  //LED4所对应的GPD0组的control寄存器地址
#define GPD0DAT  0xE02000A4  //LED4所对应的GPD0组的data寄存器地址
void led_blink(void){
    //led初始化,即把GPJ0CON中设置为output模式
    unsigned int *p = (unsigned int *)0xE0200240;
    *p = 0x11111111;
    unsigned int *d = (unsigned int *)0xE02000A0;
    *d = 0x11111111;
    void delay(void);
    while(1){
        unsigned int *data = (unsigned int *)0xE0200244;//前三颗led的输出地址
        unsigned int *data2 = (unsigned int *)0xE02000A4;//第四颗led的输出地址
        *data = ~(1<<3);
        *data2 = 1<<1;
        delay();
        
        *data = ~(1<<4);
        *data2 = 1<<1;
        delay();
        *data = ~(1<<5);
        *data2 = 1<<1;
    
        delay();
        
        *data = ~0;
        *data2 = 0<<1;
        delay();
 
    }
}

void delay(void){//用来消磨时间
    volatile unsigned int i =1000000;
    while(i--){
    }
}

编译、烧录到开发板,就可以看到如上一篇博文一样的流水灯效果啦。

什么是看门狗?    

  现实中因为一些外部因素,电子设备经常会跑飞或者死机(譬如极端炎热、极端寒冷、工业复杂场合)。在这种情况下我们希望设备自动复位而不需要人工干预(无人值守)。看门狗用来完成这个工作。看门狗其实是我们SoC内部的一个定时器(类似于闹钟,类似于门口的狗),定好时间之后看门狗定时器会去计时,时间到之前(狗饿了之前)必须去重新置位看门狗定时器(喂狗),如果没有喂狗则系统会被强制复位。  系统在正常工作时,系统软件会自己去喂狗,所以看门狗定时器不会复位。但是系统一旦故障跑飞啥的,看门狗就没人喂了,然后下一个周期就会自动复位,达到我们期望的效果。

看门狗的物理特性、原理图、数据手册

  物理特性:看门狗其实是个定时器(跟现实中的闹钟类似),硬件上就是SoC内部的一个内部外设。

  原理图:看门狗不用分析原理图,因为看门狗属于内部外设,且没有外部相关的原件与他有关,所以不需要原理图分析,原理图上根本找不到和看门狗有关的地方

  数据手册如下图:

从上图可以看出, 看门狗地址是WTCON(0xE2700000),其中bit5是看门狗的开关:0代表关,1代表开。

编码调试:

#define WTCON  0xE2700000  //看门狗寄存器地址
#define SVC_STACK 0xd0037d80
    ldr r0, =0x0            //关看门狗
    ldr r1, =WTCON
    str r0, [r1]

注:S5PV210开发板在启动时iROM已经帮我们关闭了看门狗,所以上面的代码看不到实验效果。

什么是iCache

  cache是一种内存,叫高速缓存。
从容量来说:CPU < 寄存器 < cache < DDR
从速度来说:CPU >  寄存器 > cache > DDR
 cache的存在,是因为寄存器和ddr之间速度差异太大,ddr的速度远不能满足寄存器的需要(不能满足cpu的需要,所以没有cache会拉低整个系统的整体速度)
整个系统中CPU的供应链由:寄存器+cache+DDR+硬盘/flash四阶组成,这是综合考虑了性能、成本后得到的妥协的结果。
210内部有32KB icache和32kb dcache。icache是用来缓存指令的;dcache是用来缓存数据的。

cache的意义:指令平时是放在硬盘/flash中的,运行时读取到DDR中,再从DDR中读给寄存器,再由寄存器送给cpu。但是DDR的速度和寄存器(代表的就是CPU)相差太大,如果CPU运行完一句再去DDR读取下一句,那么CPU的速度完全就被DDR给拖慢了。解决方案就是icache。
icache工作时,会把我们CPU正在运行的指令的旁边几句指令事先给读取到icache中(CPU设计有一个基本原理:代码执行时,下一句执行当前一句代码旁边代码的可能性要大很多)。当下一句CPU要指令时,cache首先检查自己事先准备的缓存指令中有没这句,如果有就直接拿给CPU,如果没有则需要从DDR中重新去读取拿给CPU,并同时做一系列的动作:清缓存、重新缓存。

iROM中BL0对cache的操作

  首先,icache的一切动作都是自动的,不需人为干预。我们所需要做的就是打开/关闭icache。其次,在210的iROM中BL0已经打开了icache。所以之前看到的现象都是icache打开时的现象。

汇编代码读写cp15以开关icache

mrc p15,0,r0,c1,c0,0;            // 读出cp15的c1到r0中
    bic r0, r0, #(1<<12)            // bit12 置0  关icache
    orr r0, r0, #(1<<12)            // bit12 置1  开icache
    mcr p15,0,r0,c1,c0,0;

那么我们来总结一下:
  S5PV210启动时BL0先关看门狗、设置c语言工作时需要的栈、打开iCache。

原文地址:https://www.cnblogs.com/airduce/p/7565257.html