嵌入式ARM裸板程序——存储管理器驱动

最新推荐文章于 2022-08-15 14:43:02 发布

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#arm #嵌入式 #嵌入式开发 #linux #SDRAM

本博文是根据百问网韦东山老师的嵌入式视频教程，基于jz2440进行嵌入式开发学习所记录的学习体会，如有雷同纯属巧合。

存储管理器

ARM的存储管理器，其实是一个存储控制器的作用。通过前面的学习我们可以了解到，在2440开发板上，单板一上电开机，开发板会自动地从flash中拷贝4K字节的数据（无论有没有）到片内内存SRAM中然后程序指针PC会从0地址开始执行指令。所以，我们如果在单板上想运行裸板程序，那么程序一般是不可以超过4K字节大小的，而且就算不超过4K大小，程序执行到最后如果需要调用到函数堆栈，一旦堆栈增长的局限区域与text代码段区域有发生重叠（尤其是递归函数调用），那么此时整个程序都会崩溃。这是因为没有OS的保护机制以及段页式内存管理，因此裸板程序的缺陷和局限性可见一斑。

而存储管理器的作用，就是可以驱动相关硬件设置，使得程序可以不局限于只能在SRAM中运行，所以这个裸板程序的作用就是为了驱动SDRAM这个片外内存部件，使得我们的程序可以在更大的SDRAM中跑起来。

因此，CPU就是通过存储管理器的片选、bank设置和相应的寻址功能，可以访问片外的内存类部件：SDRAM、DM9000网卡、NandFlash、NorFlash等；在2440开发板上，单板使用了不同的地址来标识这些不同的外部内存类设备，比如0x30000000便是SDRAM的起始地址，而0x48000000则是代表了存储管理器的BUS WIDTH & WAIT CONTROL REGISTER (BWSCON)即位宽和等待状态控制寄存器的起始地址。

接下来我们直接分析程序的相关代码，详细理解一个程序的原理最好的入口就是源代码。由于这个存储管理器程序的最主要目的是为了驱动SDRAM，当SDRAM成功被设置启动后，我们便可以将前面使用过的点灯c程序放到SDRAM中运行。所以这个程序运行后的效果其实和GPIO中的没什么区别。但是实际上有着本质的区别：前面的GPIO点灯LED程序是在片内SRAM中运行的；而经过存储管理器的相关设置后，当SDRAM被成功设置启动后，我们就可以把更大更多的程序放在SDRAM中运行，并且，实际上SRAM中指令运行的速度要高于SDRAM，只是这里并未有很好的例子可以显示这两者之间的效果差异。但是实际上还是得详细区别好。

下面我们先看这个程序中最重要的head.S：

@*************************************************************************
@ File：head.S
@ 功能：设置SDRAM，将程序复制到SDRAM，然后跳到SDRAM继续执行
@*************************************************************************       

.equ        MEM_CTL_BASE,       0x48000000
.equ        SDRAM_BASE,         0x30000000

.text
.global _start
_start:
    bl  disable_watch_dog               @ 关闭WATCHDOG，否则CPU会不断重启
    bl  memsetup                        @ 设置存储控制器
    bl  copy_steppingstone_to_sdram     @ 复制代码到SDRAM中
    ldr pc, =on_sdram                   @ 跳到SDRAM中继续执行
on_sdram:
    ldr sp, =0x34000000                 @ 设置堆栈
    bl  main
halt_loop:
    b   halt_loop

disable_watch_dog:
    @ 往WATCHDOG寄存器写0即可
    mov r1,     #0x53000000
    mov r2,     #0x0
    str r2,     [r1]
    mov pc,     lr      @ 返回

copy_steppingstone_to_sdram:
    @ 将Steppingstone的4K数据全部复制到SDRAM中去
    @ Steppingstone起始地址为0x00000000，SDRAM中起始地址为0x30000000

    mov r1, #0
    ldr r2, =SDRAM_BASE
    mov r3, #4*1024
1:  
    ldr r4, [r1],#4     @ 从Steppingstone读取4字节的数据，并让源地址加4
    str r4, [r2],#4     @ 将此4字节的数据复制到SDRAM中，并让目地地址加4
    cmp r1, r3          @ 判断是否完成：源地址等于Steppingstone的未地址？
    bne 1b              @ 若没有复制完，继续
    mov pc,     lr      @ 返回

memsetup:
    @ 设置存储控制器以便使用SDRAM等外设

    mov r1,     #MEM_CTL_BASE       @ 存储控制器的13个寄存器的开始地址
    adrl    r2, mem_cfg_val         @ 这13个值的起始存储地址
    add r3,     r1, #52             @ 13*4 = 52
1:  
    ldr r4,     [r2], #4            @ 读取设置值，并让r2加4
    str r4,     [r1], #4            @ 将此值写入寄存器，并让r1加4
    cmp r1,     r3                  @ 判断是否设置完所有13个寄存器
    bne 1b                          @ 若没有写成，继续
    mov pc,     lr                  @ 返回


.align 4
mem_cfg_val:
    @ 存储控制器13个寄存器的设置值
    .long   0x22011110      @ BWSCON
    .long   0x00000700      @ BANKCON0
    .long   0x00000700      @ BANKCON1
    .long   0x00000700      @ BANKCON2
    .long   0x00000700      @ BANKCON3  
    .long   0x00000700      @ BANKCON4
    .long   0x00000700      @ BANKCON5
    .long   0x00018005      @ BANKCON6
    .long   0x00018005      @ BANKCON7
    .long   0x008C07A3      @ REFRESH
    .long   0x000000B1      @ BANKSIZE
    .long   0x00000030