《Cortex-M0權(quán)威指南》之Cortex-M0編程入門

嵌入式系統(tǒng)編程入門微控制器是如何啟動(dòng)的

　　為了保存編譯號(hào)的二進(jìn)制程序代碼，大多數(shù)的現(xiàn)代微控制器都會(huì)包含片上flash存儲(chǔ)器。有些微控制器還可能有一個(gè)獨(dú)立的啟動(dòng)ROM，里面裝有Bootloader程序。微控制器啟動(dòng)后，再執(zhí)行flash的用戶程序前，Bootloader會(huì)首先運(yùn)行。

　　在復(fù)位流程中，處理器會(huì)取出MSP的初始化值和復(fù)位向量，然后開始執(zhí)行復(fù)位處理，這些信息都放在一個(gè)叫做啟動(dòng)代碼的程序文件中。啟動(dòng)代碼中的復(fù)位處理可能還會(huì)旅行初始化的職責(zé)，比如時(shí)鐘控制電路和鎖相環(huán)PLL的初始化。有些情況下，系統(tǒng)初始化的工作是放在C程序的main()函數(shù)中進(jìn)行的。

　　對(duì)于用C開發(fā)的應(yīng)用程序，在進(jìn)入主流程之前，啟動(dòng)代碼已經(jīng)開始執(zhí)行，并且對(duì)應(yīng)用程序用到的變量和內(nèi)存等進(jìn)行初始化。啟動(dòng)代碼無需編程者擔(dān)心，C開發(fā)工具會(huì)將其自動(dòng)插入程序映像中。

　　執(zhí)行完C啟動(dòng)代碼后，應(yīng)用程序就開始執(zhí)行了，應(yīng)用程序通常包含下面幾個(gè)部分：

硬件初始化（如時(shí)鐘，PLL和外設(shè)）

應(yīng)用程序的處理部分

中斷服務(wù)程序

　　另外，應(yīng)用程序可能會(huì)用到C語言庫，此時(shí)，C編譯器/鏈接器會(huì)將所需要的庫函數(shù)加入編譯好的程序映像中。

　　硬件初始化可能會(huì)涉及到一系列的外設(shè)、系統(tǒng)控制寄存器和中斷控制器。如果在復(fù)位處理時(shí)沒有進(jìn)行處理，系統(tǒng)時(shí)鐘控制和PLL此時(shí)也需要進(jìn)行初始化。外設(shè)初始化完成后，程序就可以繼續(xù)執(zhí)行應(yīng)用程序部分了。

　　應(yīng)用程序處理流程的實(shí)現(xiàn)方式如下：

輪詢，如圖4-4

中斷驅(qū)動(dòng)，如圖4-5

輪詢和中斷組合使用，如圖4-6

處理并發(fā)任務(wù)（操作系統(tǒng)），如圖4-7

　　對(duì)于復(fù)雜的應(yīng)用程序，可以使用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）。RTOS將處理器時(shí)間劃分為多個(gè)時(shí)間片，在有多個(gè)應(yīng)用進(jìn)程運(yùn)行時(shí)，只有一個(gè)進(jìn)程會(huì)獲得時(shí)間片。使用RTOS，需要有定時(shí)器產(chǎn)生周期性的中斷請(qǐng)求，當(dāng)一個(gè)時(shí)間片的時(shí)間到時(shí)，RTOS的任務(wù)調(diào)度器會(huì)由定時(shí)器中斷觸發(fā)，調(diào)度器判斷是否需要執(zhí)行上下文切換。如果需要進(jìn)行上下文切換，調(diào)度器會(huì)暫停當(dāng)前執(zhí)行的任務(wù)，并切換到下一個(gè)準(zhǔn)備就緒的任務(wù)。

　　在許多嵌入式系統(tǒng)中，輸入或輸出可能會(huì)局限與簡(jiǎn)單的電子接口，如uart、IO、LCD、SD卡等，這些接口由微控制器的外設(shè)控制。

　　Cortex-M0的寄存器映射到了系統(tǒng)空間，并且它們還控制這外設(shè)，外設(shè)的典型初始化步驟如下：

配置時(shí)鐘控制回路，使能外設(shè)的時(shí)鐘信號(hào)，如果有必要的話，初始化相應(yīng)的引腳。在許多低功耗控制器中，時(shí)鐘信號(hào)被分為了多路，而且為了降低功耗，它們可以單獨(dú)開關(guān)。大多數(shù)時(shí)鐘信號(hào)默認(rèn)都是關(guān)閉的，配置外設(shè)前需要使能相應(yīng)的時(shí)鐘。有些情況下，還可能需要使能外設(shè)總線系統(tǒng)的時(shí)鐘。

配置IO口。大多數(shù)控制器的引腳都是復(fù)用的，需要對(duì)IO引腳進(jìn)行相應(yīng)的功能配置。

配置外設(shè)。大多數(shù)外設(shè)有自己的控制寄存器，為了確保外設(shè)工作正常，需要對(duì)寄存器進(jìn)行配置。

配置中斷。如果外設(shè)操作需要中斷處理，需要配置中斷控制器（NVIC）。

　　在嵌入式開發(fā)中，可以使用C、匯編、C和匯編混合編程。程序代碼的生成流程如下圖所示。

　　C/匯編通過對(duì)應(yīng)的編譯器生成相應(yīng)的目標(biāo)文件，鏈接器腳本加載分散的目標(biāo)文件生成可執(zhí)行映像。

　　混合編程的實(shí)現(xiàn)是因?yàn)镃編譯器提供了內(nèi)聯(lián)匯編器，以便在C程序文件中內(nèi)聯(lián)匯編代碼。

　　Cortex-M0的程序映像一般包括以下幾部分:

向量表

C啟動(dòng)代碼

程序代碼（應(yīng)用程序代碼和數(shù)據(jù)）

C庫代碼（C庫函數(shù)的程序代碼，鏈接時(shí)插入）