arm嵌入式編程經(jīng)驗分享

zone

arm嵌入式編程經(jīng)驗分享

ARM系列處理器是 RISC (Reducded InSTructiON Set Computing)處理器。很多基于A(yíng)RM的高效代碼的程序設計策略都源于RISC 處理器。和很多 RISC 處理器一樣，arm 系列處理器的內存訪(fǎng)問(wèn)，也要求數據對齊，即存取“字(Word)”數據時(shí)要求四字節對齊，地址的bits[1:0]==0b00;存取“半字(Halfwords)”時(shí)要求兩字節對齊，地址的bit[0]==0b0;存取“字節(Byte)”數據時(shí)要求該數據按其自然尺寸邊界(Natural Size Boundary)定位�！　�ARM 編譯程序通常將全局變量對齊到自然尺寸邊界上，以便通過(guò)使用 LDR和 STR 指令有效地存取這些變量。這種內存訪(fǎng)問(wèn)方式與多數 CISC (Complex Instruction Set Computing)體系結構不同，在CISC體系結構下，指令直接存取未對齊的數據。因而，當需要將代碼從CISC 體系結構向 arm 處理器移植時(shí)，內存訪(fǎng)問(wèn)的地址對齊問(wèn)題必須予以注意。在RISC體系結構下，存取未對齊數據無(wú)論在代碼尺寸或是程序執行效率上，都將付出非常大的代價(jià)。 更多嵌入式，單片機，PCB，FPGA，Android，cortex-M系列等課程的學(xué)習，請咨詢(xún)劉老師QQ3311615775。QQ群：嵌入式就業(yè)交流群 470216345 本文將從以下幾個(gè)方面討論在arm體系結構下的程序設計問(wèn)題。 　　未對齊的數據指針 　　C和C++編程標準規定，指向某一數據類(lèi)型的指針，必須和該類(lèi)型的數據地址對齊方式一致，所以arm 編譯器期望程序中的 C 指針指向存儲器中字對齊地址，因為這可使編譯器生成更高效的代碼。 　　比如，如果定義一個(gè)指向 int 數據類(lèi)型的指針，用該指針讀取一個(gè)字，ARM 編譯器將使用LDR 指令來(lái)完成此操作。如果讀取的地址為四的倍數(即在一個(gè)字的邊界)即能正確讀取。但是，如果該地址不是四的倍數，那么，一條 LDR 指令返回一個(gè)循環(huán)移位結果，而不是執行真正的未對齊字載入。循環(huán)移位結果取決于該地址向對于字的邊界的偏移量和系統所使用的端序(Endianness)。例如，如果代碼要求從指針指向的地址 0x8006 載入數據，即要載入 0x8006、0x8007、0x8008 和 0x8009 四字節的內容。但是，在 arm 處理器上，這個(gè)存取操作載入了0x8004、0x8005、0x8006 和 0x8007 字節的內容。這就是在未對齊的地址上使用指針存取所得到的循環(huán)移位結果。 　　因而，如果想將指針定義到一個(gè)指定地址(即該地址為非自然邊界對齊)，那么在定義該指針時(shí)，必須使用 __packed 限定符來(lái)定義指針： 例如， 　　__packed int *pi; // 指針指向一個(gè)非字對其內存地址 　　使用了_packed限定符限定之后，arm 編譯器將產(chǎn)生字節存取命令(LDRB或STRB指令)來(lái)存取內存，這樣就不必考慮指針對齊問(wèn)題。所生成的代碼是字節存取的一個(gè)序列，或者取決于編譯選項、跟變量對齊相關(guān)的移位和屏蔽。但這會(huì )導致系統性能和代碼密度的損失。 　　值得注意的是，不能使用 __packed 限定的指針來(lái)存取存儲器映射的外圍寄存器，因為 ARM 編譯程序可使用多個(gè)存儲器存取來(lái)獲取數據。因而，可能對實(shí)際存取地址附近的位置進(jìn)行存取，而這些附近的位置可能對應于其它外部寄存器。當使用了位字段(Bitfield)時(shí)， arm 程序將訪(fǎng)問(wèn)整個(gè)結構體，而非指定字段。 　　編譯器的缺省行為 　　多數嵌入式應用程序最初都是在原型環(huán)境下開(kāi)發(fā)的。無(wú)論什么樣的原型環(huán)境的資源與最終產(chǎn)品環(huán)境都是有差異的。因此，考慮如何將嵌入式應用程序從其所依賴(lài)的開(kāi)發(fā)工具或調試環(huán)境中移植到在目標硬件上獨立運行是非常重要的。 　　開(kāi)始編寫(xiě)嵌入式應用程序時(shí)，開(kāi)發(fā)者可能并不清楚目標硬件的具體規格。如，目標系統使用了什么樣的外圍設備、存儲器映射情況甚至不能確定處理器的型號。 為在了解這些詳細信息前能夠繼續軟件的開(kāi)發(fā)，RVCT 工具提供了很多默認的操作，使用戶(hù)能編譯和調試與目標系統無(wú)關(guān)的應用程序代碼。下面詳細介紹介紹這些編譯選項，只有深入了解這些編譯選項設置，才能使開(kāi)發(fā)更順利的進(jìn)行。 　　調整 C 庫使其適應目標硬件 　　默認情況下，C 庫利用semihostig機制來(lái)提供設備驅動(dòng)級的功能，使得主機主機能夠用作輸入和輸出設備。這種機制對于嵌入式開(kāi)發(fā)十分有用，因為用于開(kāi)發(fā)的硬件系統通常沒(méi)有最終系統的輸入和輸出設備。 　　最簡(jiǎn)單的函數重定向的例子就是用戶(hù)希望fputc()函數能夠將字符從目標系統的串口輸出而不是在調試時(shí)，將字符從調試器的控制臺輸出。這時(shí)就需要重新實(shí)現該函數。下面的例子將fputc() 的輸入字符參數重新指向一連續輸出函數 sendchar()，將定該例在一個(gè)獨立的源文件中實(shí)現的。這樣，fputc() 在依目標而定的輸出和 C 庫標準輸出函數之間充當一個(gè)抽象層。 　　 file:///C:\Users\XYD\AppData\Local\Temp\ksohtml\wpsB222.tmp.png 圖1 C庫函數重定向 　　例子程序的代碼如下所示。 　　extern void sendchar(char *ch); 　　int fputc(int ch, FILE *f) 　　{?? /* e.g. write a character to an UART */ 　　char tempch = ch; 　　sendchar(&tempch); 　　return ch; 　　} 　　象文件存儲器映射調整 　　映像由域(Regions)和輸出段(Output Sections)組成。每個(gè)域可以有不同的加載地址和執行地址。 　　分散加載可以更加方便準確的指定映像存儲器映射，為映像組件分組和布局提供了全面控制。它能夠描述由載入時(shí)和執行時(shí)分散在存儲器映射中的多個(gè)區組成的復雜映像映射。雖然，分散加載可以用于簡(jiǎn)單映像，但它通常僅用于具有復雜存儲器映射的映像。 　　要構建映像的存儲器映射，必須向armlink 提供以下信息： 　　·? 分組信息? 決定如何將各輸入段組織成相應的輸出段和域; 　　·? 定位信息? 決定各域在存儲空間的起始地址。 　　有兩種方法可以實(shí)現指定映像文件的分組和定位信息：如果映像文件中地址映射關(guān)系比較簡(jiǎn)單，可以使用命令行選項;如果映像文件中地址映射關(guān)系比較復雜的情況，可以使用一個(gè)配置文件。使用該配置文件可以高速鏈接器相關(guān)的地址映射關(guān)系。配置文件又叫Scatter文件，是一個(gè)文本文件，通過(guò)下面的鏈接選項來(lái)實(shí)現。 　　-scatter? filename 　　復位和初始化 　　arm嵌入式系統的初始化序列如圖2所示。系統啟動(dòng)時(shí)立即執行復位處理程序，然后進(jìn)入$Sub$main()的代碼執行。 　　復位處理程序是用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的代碼塊，它在系統復位時(shí)執行，完成系統必須初始化操作。對于具有局部存儲器的內核，如Caches、緊密藕荷存儲器 (TCM)、存儲管理單元 (MMU) 和存儲器保護單元 (MPU) 等，在初始化過(guò)程這一階段完成必要的配置。復位處理程序在執行之后，通常跳轉到 __main 以開(kāi)始 C 庫的初始化序列。 　　一般情況下，嵌入式系統初始化代碼和主應用程序是分開(kāi)的。系統初始化要在主應用程序啟動(dòng)前完成。但部分與硬件相關(guān)的系統初始化過(guò)程，如啟用Cache和中斷，必須在C庫初始化代碼執行完成后才能執行。 　　為了在進(jìn)入主應用程序之前，完成系統初始化，可以使用$sub和$super函數標識符在進(jìn)入主程序之前插入一個(gè)例程。這一機制可以在不改變源代碼的情況下擴展函數的功能。 　　下面的例子說(shuō)明了如何使用$sub和$super函數標識。鏈接程序通過(guò)調用$sub$$main()函數取代對main()的調用。所以用戶(hù)可以在自己編寫(xiě)的$sub$$main()例程中啟用Cache或使能中斷。 　　extern void $Super$$main(void); 　　void $Sub$$main(void) 　　{ 　　cache_enable();??? // enables caches 　　int_enable();????? // enables interrupts 　　$Super$$main();??? // calls original main() 　　} 　　在$Sub$$main(void)函數中，鏈接程序通過(guò)調用$Super$$main()，是代碼跳轉到實(shí)際的main()函數。 　　[nextpgae] 　　在完成硬件初始化之后，必須考慮主應用程序運行在何種模式。如果應用程序運行在特權模式(Privileged mode)，只需在退出復位處理程序前切換到適當的模式;如果應用程序運行在用戶(hù)模式下，要在完成系統初始化之后，再切換到用戶(hù)模式。模式的切換工作，一般在$Sub$$main(void)函數中完成。 　　 file:///C:\Users\XYD\AppData\Local\Temp\ksohtml\wpsB252.tmp.png 圖2 arm嵌入式系統的初始化序列

更多嵌入式，單片機，PCB，FPGA，Android，cortex-M系列等課程的學(xué)習，請咨詢(xún)劉老師，QQ3311615775。

QQSnow

arm很有用，學(xué)習學(xué)習謝謝

dachang

學(xué)習arm很有用，已經(jīng)在路上

zone

更多C語(yǔ)言 C++、JAVA、數電模電、51單片機、PIC stm32 ARM Linux驅動(dòng) 嵌入式、安卓系統 FPGA、DSP Cortex-M3學(xué)習

請咨詢(xún)劉工：騰訊QQ3311615775中國移動(dòng)18365409359 深圳南山、民治、龍崗、西鄉、長(cháng)沙、鄭州、南寧、廣州同步學(xué)習中