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[導讀]介紹了PowerPC系列微處理器的異常和中斷。同時以MPC555為例對嵌入式系統(tǒng)從ROM和RAM中的引導特點及技術實現(xiàn)方法進行了比較,給出了MPC555從RAM快速引導的實現(xiàn)方法。

   摘要:介紹了PowerPC系列微處理器的異常和中斷。同時以MPC555為例對嵌入式系統(tǒng)從ROM和RAM中的引導特點及技術實現(xiàn)方法進行了比較,給出了MPC555從RAM快速引導的實現(xiàn)方法。

    關鍵詞:MPC555;BOOT;異常向量;中斷;映射

1 引言

嵌入式系統(tǒng)是以各種嵌入式微處理器為內(nèi)核的計算機控制系統(tǒng)。它是計算機硬件和軟件的集合體?通常是為了嵌入到對象體系中完成某種特定功能而設計的。MPC555是摩托羅拉MPC500 PowerPC精簡指令集類32位微處理器。它能在-45℃~125℃惡劣環(huán)境下工作,其工作時鐘可達40MHz。MPC555具有強大的浮點計算處理能力并支持復雜的算法。該器件具有多個獨立的通訊和時間處理模塊,內(nèi)部帶有448k字節(jié)的flash,因此,該產(chǎn)品即使在個人手中,也可隨時更新升級。MPC555兼有工業(yè)標準JTAG和BDM接口,從而使產(chǎn)品硬件和軟件的調(diào)試和試驗更加方便快捷。MPC555已經(jīng)在航空航天、汽車制造、繼電保護等行業(yè)得到廣泛應用。

由于在產(chǎn)品開發(fā)的后期,通常需要把程序用仿真器燒錄到ROM中,但程序在ROM中的運行速度低于在RAM中的運行速度。為了提高程序的運行速度,往往需要在上電初始化階段把ROM中的程序復制到RAM中去,或者通過雙重映射把ROM的地址映射到外部RAM。本文以MPC555為例,給出了從RAM中將程序快速引導運行的具體實現(xiàn)方法。

2?。校铮鳎澹颍校茫担担档膸讉€基本概念

2.1 異常與中斷

異常通常是指改變正常的程序流和機器狀態(tài)的事件。比如系統(tǒng)復位、遞減器過零、系統(tǒng)調(diào)用指令、各種總線錯誤等。當一個異常事件發(fā)生時,通常會發(fā)生一個快速的硬件設備的轉(zhuǎn)換或處理器分支到一個地址(異常向量),且一種異常類型對應一個地址的情況下。

中斷是異常的一種類型,通常由外部中斷輸入引腳或者裝置的中斷請求所引起。在PowerPC結(jié)構(gòu)中,所有的中斷都分享一個異常向量偏移,稱為“外部中斷”,通常映射的偏移地址為0x500。

2.2 異常向量和異常向量表

異常發(fā)生后,首先被識別,然后機器的即時狀態(tài)被保存,這時處理器從某一地址開始執(zhí)行,異常向量就是這個地址。與68000結(jié)構(gòu)不同(它的向量是指針),PowerPC的向量是固定的地址。每一個異常都有它自己的異常向量,異常向量等于基址和向量偏移量之和。異常基址通常是0x0或者是0xFFF00000,這取決于MSR[IP]位的設置。表1所列是MPC555的異常向量表。其中NMI指的是非屏蔽性中斷。

表1 異常向量表

異常的名稱 異常向量MSR[IP]=0 異常向量MSR[IP]=1
系統(tǒng)復位,NMI中斷 0x100 0xfff00000
機器校驗 0x200 0xfff00200
外部中斷 0x500 0xfff00500
etc. etc. etc.

表2 復位配置字的選擇

RSTCONF Has配置(HC)

內(nèi)部配置字

0 x 外部數(shù)據(jù)總線引腳DATA[0:31]
1 1 內(nèi)部的默認常量(0x00000000)
1 0 內(nèi)部NVM寄存器(CMFCFIG)

2.3 復位配置字

在上電或者復位后,微處理器首先讀取復位配置字,復位配置字由3種啟動工作模式?jīng)Q定:

(1) 外部數(shù)據(jù)總線引腳 DATA?0:31?;

(2) 內(nèi)部的默認常量(0x00000000);

(3) 內(nèi)部NVM 寄存器值(CMFCFIG);

表2給出了復位配置字的選擇方法。通常選擇第三種,即事先用仿真器把配置字寫入寄存器CM-FCFIG。并用CMFCFIG中的IP位決定程序的入口地址,若IP 等于0,則入口地址為0x0,若IP等于1,則入口地址為0xfff00000。

嵌入式系統(tǒng)的應用程序一般都是被固化在ROM中運行的。通??捎脜R編語言編寫啟動程序來完成系統(tǒng)的硬件以及軟件運行環(huán)境的初始化。啟動和應用程序可一起固化在ROM中?以使系統(tǒng)在上電和復位時能夠自動跳轉(zhuǎn)到復位異常向量入口地址處開始執(zhí)行程序。

在源文件編譯鏈接生成的目標文件中,代碼、數(shù)據(jù)放在不同的段中。而目標文件中的.data 段則以系統(tǒng)RAM為參考地址,所以在系統(tǒng)啟動時需要拷貝ROM中的.data到RAM,以完成RAM的初始化。

3 從RAM快速引導運行的實現(xiàn)方法

3.1 雙重映射法

如果程序被燒錄到微處理器的內(nèi)部ROM, 可以通過MPC555的特有功能——雙重映射法把內(nèi)部FLASH的地址映射到外部RAM,以實現(xiàn)快速引導運行。在使能雙重映射功能時,內(nèi)部 FLASH區(qū)對應的地址不起作用,而映射的外部RAM區(qū)地址起作用。

具體操作時,首先把程序燒錄到內(nèi)部FLASH,然后在上電時把程序從內(nèi)部FLASH拷貝到外部RAM,最后再使能微處理器的雙重映射功能。這樣,程序就可以在外部RAM中運行了。圖1所示是其流程圖。具體的程序代碼如下:

INT Vectors?

/* 系統(tǒng)復位 */

.skip 0x0100 ?. INT Vectors?

start?

# /*設置RAM 和 ROM 存儲區(qū)*/

# /*OR2=0xFFF00000片選RAM 大小 1M*/

lis r5? 0xfff0

ori r5? r5? 0x0000

lis r4? OR2@ha

stw r5? OR2@l?r4?

# /* BR2=0x0400003 RAM基址 0X400000

32位口大小 */

lis r5? 0x40

ori r5? r5? 0x0003

lis r4? BR2@ha

stw r5? BR2@l?r4?

# /* 拷貝內(nèi)部Flash 到外部RAM */

li r6?0x0

lis r4?0x40

ori r4?r4?0x0000

lis r5?0xfff0

ori r5?r5?0x0

loop 1?

lhzx r7?r6?r5

sthx r7?r6?r4

addi r6?r6?0x2

li r8?0xb00

cmp r6?r8

bne loop 1

# /* 使CS2的片選區(qū)無效 */

# /* BR2=0x0400003 基本寄存器2 */

lis r5? 0xfff0

ori r5? r5? 0x0000

lis r4? BR2@ha

stw r5? BR2@l?r4?

# /* 雙重映射使能 */

# /* DMOR=0xFFF00000 片選雙重映射區(qū)

大小 256k */

lis r5? 0x7000

ori r5? r5? 0x0000

lis r4? OR2@ha

stw r5? OR2@l?r4?

# /* DMBR=0x0400003 雙重映射區(qū)基址

0X0 32位口大小 */

lis r5? 0x0

ori r5? r5? 0x0005

lis r4? BR2@ha

stw r5? BR2@l?r4?

ba INT Initialize

3.2 復制法

對于與MPC500同系列中的MPC561和MPC562等芯片,由于微處理器內(nèi)部沒有ROM,所以必須外擴ROM。在這種情況下,可以把程序燒錄到外部ROM,然后在上電時再把程序從外部ROM拷貝到外部RAM中,從而使程序能夠在外部RAM中運行。以MPC555為例的流程圖如圖2所示。

在這種方法中,程序僅在重新配置存儲區(qū)前運行在外部ROM,而在重新配置存儲區(qū)后運行在外部RAM中,因此提高了程序的運行速度。該方法在操作時,首先把程序用仿真器燒錄到外部FALSH,入口地址為0xfff00000,然后脫機運行。本例中,外部FLASH是16位總線,外部RAM是32位總線。下面以MPC555為例給出具體程序代碼。

INT Vectors?

/* 系統(tǒng)復位 */

.skip 0x0100-?.-INT Vectors?

start?

# /* 設置RAM 和 ROM 存儲區(qū) */

# /*OR2=0xFFF00000片選RAM 大小 1M*/

lis r5? 0xfff0

ori r5? r5? 0x0000

lis r4? OR2@ha

stw r5? OR2@l?r4?

# /* BR2=0x0400003 RAM基址 0X400000

32位口大小 */

lis r5? 0x40

ori r5? r5? 0x0003

lis r4? BR2@ha

stw r5? BR2@l?r4?

# /*OR0=0Xfff80000片選FLASH 大小 512k*/

lis r5? 0xfff8

ori r5? r5? 0x0000

lis r4? OR2@ha

stw r5? OR2@l?r4?

# /* BR0=0xfff00803 RAM基址 0Xfff00000

16位口大小 */

lis r5? 0xfff0

ori r5? r5? 0x0803

lis r4? BR2@ha

stw r5? BR2@l?r4?

# /* 拷貝外部Flash到外部RAM */

li r6?0x0

lis r4?0x40

ori r4?r4?0x0000

lis r5?0xfff0

ori r5?r5?0x0

loop 1?

lhzx r7?r6?r5

sthx r7?r6?r4

addi r6?r6?0x2

li r8?0xb00

cmp r6?r8

bne loop_1

# /* 重新分配存儲區(qū) */

# /* BR0=0x600803 */

lis r5? 0x60

ori r5? r5? 0x0803

lis r4? BR0@ha

stw r5? BR0@l?r4?

# /* OR0=0xFFf80000 片選flash 512k

1個時鐘等周期 */

lis r5? 0xfff8

ori r5? r5? 0x0003

lis r4? OR0@ha

stw r5? OR0@l?r4?

# /* OR2=0xFFF00000 片選RAM 1M */

lis r5? 0xfff0

ori r5? r5? 0x0000

lis r4? OR2@ha

stw r5? OR2@l?r4?

# /* BR2=0xfff00003 基址 0Xfff00000

32位口大小 */

lis r5? 0xfff0

ori r5? r5? 0x0003

lis r4? BR2@ha

stw r5? BR2@l?r4?

ba INT_Initialize

4 結(jié)束語

筆者對文中所介紹的以MPC555為例?對從RAM快速引導運行的兩種實現(xiàn)方法進行了測試對比。結(jié)果證明:程序在RAM中的運行速度比在FLASH中提高了1倍多,因而程序運行速度得到了很大提高。

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