技術(shù)難點(diǎn)分析

⑴.MMU的使用

MMU是存儲(chǔ)器管理單元的縮寫(xiě)，是用來(lái)管理虛擬內(nèi)存系統(tǒng)的器件。MMU通常是CPU的一部分，本身有少量存儲(chǔ)空間存放從虛擬地址到物理地址的匹配表。此表稱作TLB(轉(zhuǎn)換旁置緩沖區(qū))。所有數(shù)據(jù)請(qǐng)求都送往MMU，由MMU決定數(shù)據(jù)是在RAM內(nèi)還是在大容量存儲(chǔ)器設(shè)備內(nèi)。如果數(shù)據(jù)不在存儲(chǔ)空間內(nèi)，MMU將產(chǎn)生頁(yè)面錯(cuò)誤中斷。

MMU的兩個(gè)主要功能是:

將虛地址轉(zhuǎn)換成物理地址。 

控制存儲(chǔ)器存取允許。MMU關(guān)掉時(shí)，虛地址直接輸出到物理地址總線。
 
在實(shí)踐中，使用MMU解決了如下幾個(gè)問(wèn)題：

①使用DRAM作為大容量存儲(chǔ)器時(shí)，如果DRAM的行列是非平方的，會(huì)導(dǎo)致該DRAM的物理地址不連續(xù)，這將給程序的編寫(xiě)調(diào)試造成極大不便，而適當(dāng)配置MMU可將其轉(zhuǎn)換成虛擬地址連續(xù)的空間。

②ARM內(nèi)核的中斷向量表要求放在0地址， 對(duì)于ROM在0地址的情況，無(wú)法調(diào)試中斷服務(wù)程序，所以在調(diào)試階段有必要將可讀寫(xiě)的存儲(chǔ)器空間映射到0地址。

③系統(tǒng)的某些地址段是不允許被訪問(wèn)的，否則會(huì)產(chǎn)生不可預(yù)料的后果,為了避免這類錯(cuò)誤,可以通過(guò)MMU匹配表的設(shè)置將這些地址段設(shè)為用戶不可存取類型。

啟動(dòng)程序中生成的匹配表中包含地址映射，存儲(chǔ)頁(yè)大小(1M,64K,或4K)以及是否允許存取等信息。

例如:目標(biāo)板上的16兆DRAM的物理地址區(qū)間為0xc000，0000～0xc07f，ffff;0xc100，0000～0xc17f，ffff;16兆R(shí)OM的虛擬地址區(qū)間為:0x0000，0000～0x00ff，ffff。匹配表配置如下:

可以看到左邊是連續(xù)的虛擬地址空間，右邊是不連續(xù)的物理地址空間，而且將DRAM映射到了0地址區(qū)間。 MMU通過(guò)虛擬地址和頁(yè)面表位置信息，按照轉(zhuǎn)換邏輯獲得對(duì)應(yīng)物理地址，輸出到地址總線上。

應(yīng)注意到的是使能MMU后，程序繼續(xù)運(yùn)行，但是對(duì)于程序員來(lái)說(shuō)程序計(jì)數(shù)器的指針已經(jīng)改變，指向了ROM所對(duì)應(yīng)的虛擬地址。

⑵目標(biāo)文件的分布裝載分析

首先創(chuàng)建一個(gè)文本文件，稱為分布裝載描述文件。它為應(yīng)用程序的各部分指定裝載區(qū)間和執(zhí)行區(qū)間。

舉例如下:

FLASH 0x01000000 0x011fffff ；2M FLASH

{

FLASH 0x01000000

{

boot.o(BOOT，+FIRst)

* (+RO)

}

DRAM 0x00000000

{ 

vector.0(VECTOR，+First) 

int_handler.o (+RO) 

* (+RW，+ZI)

}

} 

在ARM鏈接器的命令行里加入“-scov description-file –scf”或“-scatter description-file”，編譯鏈接后，將產(chǎn)生一個(gè)分布裝載文件。

鏈接器同時(shí)產(chǎn)生一組符號(hào)，給出每個(gè)分布描述文件中命名的區(qū)間的長(zhǎng)度，裝載地址和執(zhí)行地址。由于鏈接器和C庫(kù)都沒(méi)有將代碼從它的裝載區(qū)間拷貝到執(zhí)行區(qū)間，或創(chuàng)建一個(gè)零初始化區(qū)域的功能，所以要由應(yīng)用程序員利用這組符號(hào)產(chǎn)生的信息完成這項(xiàng)工作，這是在呼叫C程序之前必須完成的，舉例如下：

LDR r0, = |Load$$DRAM$$Base|

LDR r1, = |Image$$DRAM$$Base|

CMP r0, r1 ; 檢查裝載地址和執(zhí)行地址是否相同

BEQ do_zi_init ; 相同，則不拷貝該區(qū)間，初始化零數(shù)據(jù)區(qū)

MOV r2, r1 ； 不相同，將裝載區(qū)拷貝到執(zhí)行區(qū) 

LDR r4, = |Image$$DRAM$$length|

ADD r2, r2, r4

BL copy

do_zi_init

LDR r1, = |Image$$DRAM$$ZI$$Base|

MOV r2, r1

LDR r4, = |Image$$DRAM$$ZI$$length|

ADD r2, r2, r4

MOV r3, #0

BL zi_init ; 調(diào)用零初始化子程序

結(jié)束語(yǔ)：

本文介紹的啟動(dòng)程序已經(jīng)在以Cirrus Logic公司的EP7211和Ateml公司的AT91M40400開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)上運(yùn)行并測(cè)試通過(guò)。今后可以在這一基礎(chǔ)上添加串行通信模塊和FLASH操作模塊，開(kāi)發(fā)系統(tǒng)監(jiān)控程序，從而實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序的在線升級(jí)。