S3C2410与Keil裸机开发解析

原创于 2025-11-04 09:49:12 发布 · 400 阅读

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#S3C2410 # Keil MDK # 嵌入式系统 # 裸机编程 # 启动代码 # 链接脚本

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基于S3C2410与Keil MDK的嵌入式系统开发技术解析

在嵌入式系统的演进历程中，有这样一款处理器曾深深影响了一代工程师的学习路径——三星S3C2410。它不是最强大的芯片，也不是最先进的架构，但它足够典型、足够完整，几乎成了那个时代ARM9入门者的“教科书级平台”。而围绕它的“2410_KEIL_例程”，则像是一本写满注释的手工笔记，记录着从上电复位到main函数执行之间的每一步细节。

这些例程之所以至今仍被翻阅，并非因为它们多“现代”，恰恰相反，正是因为在高度抽象和自动化的今天，我们更需要回望那些必须亲手配置PLL、搬运.data段、定义中断向量表的日子。它们教会我们的不只是如何让代码跑起来，更是理解计算机底层运行机制的必经之路。

S3C2410发布于2001年，基于ARM920T内核，主频可达203MHz，采用0.18μm工艺，支持多种供电电压（1.8V/2.5V/3.3V），广泛应用于早期PDA、工业控制终端和教学实验箱中。其核心优势在于 外设的高度集成 ：内置SDRAM控制器、LCD控制器、USB Host/Device、I²S音频接口、RTC以及NAND Flash启动支持，使得开发者无需额外搭建复杂的外围电路即可构建一个功能完整的嵌入式系统。

ARM920T采用五级流水线和Harvard架构（分离指令与数据总线），具备MMU（内存管理单元），这为后续移植Linux或μC/OS-II等操作系统提供了硬件基础。但对大多数初学者而言，真正的挑战始于 裸机编程阶段 ——没有操作系统帮你初始化内存，没有动态加载机制，甚至连堆栈都要自己设置。

这就引出了另一个关键角色：Keil MDK。

虽然如今提到Keil，大多数人会联想到STM32和Cortex-M系列MCU，但在十几年前，Keil同样支持包括S3C2410在内的ARM7/ARM9平台。当时的工具链被称为Keil CARM（后并入RealView MDK），使用ARMCC编译器，配合μVision IDE提供一体化开发环境。尽管后来官方逐步弱化了对传统ARM9的支持，但在许多高校实验室和老项目中，这套组合依然是调试裸机程序的首选。

那么问题来了：在一个没有操作系统的环境下，一段C语言写的 main() 函数是如何被执行的？答案藏在启动代码和链接脚本之中。

当S3C2410上电复位时，CPU会从地址 0x0000_0000 开始取指。这个地址通常映射到NOR Flash的起始位置。因此，整个程序的第一条指令必须位于这里。这也是为什么启动代码（startup.s）要被强制放在输出段的最前端：

    AREA    RESET, CODE, READONLY
    ENTRY
    EXPORT  __Vectors

__Vectors
    LDR     PC, =Reset_Handler
    LDR     PC, =Undefined_Handler
    LDR     PC, =SWI_Handler
    ; ... 其他异常向量

这段汇编定义了标准的ARM异常向量表。复位后，第一条指令跳转至 Reset_Handler ，接下来的任务就是为C语言运行建立基本环境：

关闭看门狗定时器（防止未及时喂狗导致反复重启）
配置MPLL锁相环以提升系统时钟（例如FCLK=200MHz）
初始化存储器控制器（BWSCON、BANKCON寄存器），使SDRAM可用
设置各处理器模式下的堆栈指针（IRQ、FIQ、Abort等模式均有独立SP）

只有完成这些工作后，才能安全地进入C世界。但这还不够—— .data 段需要从Flash复制到RAM， .bss 段必须清零，堆空间也需要划定范围。这些动作通常由 SystemInit() 或类似函数完成，最终才调用 main() 。

而这一切如何组织？靠的是 链接脚本 （Scatter Loading文件，即 .sct 文件）。Keil MDK不使用GNU风格的ld脚本，而是通过 .sct 描述内存布局。例如：

LR_IROM1 0x00000000 0x100000 {    
    ER_IROM1 0x00000000 0x100000 {
        *.o (RESET, +First)
        *(InRoot$$Sections)
        .ANY (+RO)
    }
    RW_IRAM1 0x30000000 0x400000 {
        .ANY (+RW +ZI)
    }
}

这份脚本明确告诉链接器：
- 程序加载到NOR Flash（0x00000000）
- 只读代码保留在Flash中执行
- 所有可读写数据（.data和.bss）应分配到SDRAM起始地址0x30000000处

这意味着，在启动过程中必须有一段汇编或C代码负责将 .data 从Flash搬移到RAM，并将 .bss 区域清零。否则全局变量将无法保持正确初始值。

这种“分散加载”机制是嵌入式系统区别于通用计算的重要特征之一。你可以把Flash想象成只读的“仓库”，而RAM才是实际工作的“车间”。

当然，实际开发中还会遇到不少坑。比如：

为什么程序下载后无法运行？

常见原因之一是 时钟配置错误 。S3C2410默认使用外部晶振（如12MHz），若未正确设置MPLLCON寄存器，CPU可能仍在低频下运行，甚至因参数不合法导致锁相失败。典型的配置如下：

// MPLL = (MDIV + 8) * FIN / ((PDIV + 2) * 2^SDIV)
// 设FIN=12MHz, MDIV=92, PDIV=1, SDIV=1 → 输出200MHz
*(volatile unsigned int *)0x4C000004 = (92 << 12) | (1 << 4) | 1;

再比如：

为什么中断服务函数没被调用？

除了检查VIC（向量中断控制器）是否启用对应中断源外，还需确认：
- IRQ Handler汇编桩函数是否正确保存现场（R0-R12, LR_irq）
- 是否在C函数末尾清除中断标志位（否则会不断触发）
- 是否设置了正确的优先级和软中断分配

此外，Keil本身的兼容性也值得注意。新版MDK（如v5.x以上）默认不再包含S3C2410设备支持包，需手动导入旧版Device Database，或选择“Use External Toolchain”方式引入ADS/RVDS工具链。部分工程可能依赖Keil CARM v5编译器，其语法与现代GCC略有差异，尤其在内联汇编和属性声明方面。

还有一个容易忽视的问题是 浮点运算性能 。ARM920T没有FPU，所有float/double操作均由软件模拟库（通常是 fplib.a ）实现，效率极低。如果程序中有大量数学计算（如PID控制、坐标变换），建议改用定点数（fixed-point arithmetic）优化。

至于启动方式的选择，则涉及硬件设计考量。S3C2410支持两种主要启动模式：
- NOR Flash启动 ：直接从地址0x00000000取指，适合小容量Bootloader；
- NAND Flash启动 ：利用Steppingstone技术，前4KB自动复制到片上SRAM，此时必须编写一段汇编搬运程序将剩余Bootloader加载进SDRAM后再跳转。

多数Keil例程默认针对NOR Flash设计，若目标板使用NAND启动，则需重写启动流程，不能直接照搬。

说到应用场景，这类基于S3C2410+Keil的开发模式虽已退出主流产品线，但在以下领域仍有价值：