在MPC555中實(shí)現(xiàn)從RAM的快速引導(dǎo)

在MPC555中實(shí)現(xiàn)從RAM的快速引導(dǎo)

摘要：介紹了PowerPC系列微處理器的異常和中斷。同時(shí)以MPC555為例對(duì)嵌入式系統(tǒng)從ROM和RAM中的引導(dǎo)特點(diǎn)及技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了比較，給出了MPC555從RAM快速引導(dǎo)的實(shí)現(xiàn)方法。

關(guān)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(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。它是計(jì)算機(jī)硬件和軟件的集合體通常是為了嵌入到對(duì)象體系中完成某種特定功能而設(shè)計(jì)的。ＭＰＣ５５５是摩托羅拉ＭＰＣ５００ＰｏｗｅｒＰＣ精簡(jiǎn)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(shí)鐘可達(dá)４０ＭＨｚ。ＭＰＣ５５５具有強(qiáng)大的浮點(diǎn)計(jì)算處理能力并支持復(fù)雜的算法。該器件具有多個(gè)獨(dú)立的通訊和時(shí)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(gè)人手中，也可隨時(shí)更新升級(jí)。ＭＰＣ５５５兼有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)ＪＴＡＧ和ＢＤＭ接口，從而使產(chǎn)品硬件和軟件的調(diào)試和試驗(yàn)更加方便快捷。ＭＰＣ５５５已經(jīng)在航空航天、汽車制造、繼電保護(hù)等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。

由于在產(chǎn)品開(kāi)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(yùn)行速度低于在ＲＡＭ中的運(yùn)行速度。為了提高程序的運(yùn)行速度，往往需要在上電初始化階段把ＲＯＭ中的程序復(fù)制到ＲＡＭ中去，或者通過(guò)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(dǎo)運(yùn)行的具體實(shí)現(xiàn)方法。

２ＰｏｗｅｒＰＣ５５５的幾個(gè)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(jī)器狀態(tài)的事件。比如系統(tǒng)復(fù)位、遞減器過(guò)零、系統(tǒng)調(diào)用指令、各種總線錯(cuò)誤等。當(dāng)一個(gè)異常事件發(fā)生時(shí)，通常會(huì)發(fā)生一個(gè)快速的硬件設(shè)備的轉(zhuǎn)換或處理器分支到一個(gè)地址，且一種異常類型對(duì)應(yīng)一個(gè)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(qǐng)求所引起。在ＰｏｗｅｒＰＣ結(jié)構(gòu)中，所有的中斷都分享一個(gè)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(shí)別，然后機(jī)器的即時(shí)狀態(tài)被保存，這時(shí)處理器從某一地址開(kāi)始執(zhí)行，異常向量就是這個(gè)地址。與６８０００結(jié)構(gòu)不同，ＰｏｗｅｒＰＣ的向量是固定的地址。每一個(gè)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?；吠ǔＪ牵埃盎蛘呤牵埃疲疲疲埃埃埃埃?，這取決于ＭＳＲ[ＩＰ]位的設(shè)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(fù)位，NMI中斷0x1000xfff00000機(jī)器校驗(yàn)0x2000xfff00200外部中斷

表2復(fù)位配置字的選擇RSTCONFHas配置內(nèi)部配置字0x外部數(shù)據(jù)總線引腳DATA[0:31]11內(nèi)部的默認(rèn)常量10內(nèi)部NVM寄存器(CMFCFIG)

２．３復(fù)位配置字

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

外部數(shù)據(jù)總線引腳ＤＡＴＡ０：３１；

內(nèi)部的默認(rèn)常量；

內(nèi)部ＮＶＭ寄存器值；

表２給出了復(fù)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(yīng)用程序一般都是被固化在ＲＯＭ中運(yùn)行的。通?？捎脜R編語(yǔ)言編寫啟動(dòng)程序來(lái)完成系統(tǒng)的硬件以及軟件運(yùn)行環(huán)境的初始化。啟動(dòng)和應(yīng)用程序可一起固化在ＲＯＭ中以使系統(tǒng)在上電和復(fù)位時(shí)能夠自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到復(fù)位異常向量入口地址處開(kāi)始執(zhí)行程序。

在源文件編譯鏈接生成的目標(biāo)文件中，代碼、數(shù)據(jù)放在不同的段中。而目標(biāo)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(dòng)時(shí)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(dǎo)運(yùn)行的實(shí)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(guò)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(shí)現(xiàn)快速引導(dǎo)運(yùn)行。在使能雙重映射功能時(shí)，內(nèi)部ＦＬＡＳＨ區(qū)對(duì)應(yīng)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(shí)，首先把程序燒錄到內(nèi)部ＦＬＡＳＨ，然后在上電時(shí)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(yùn)行了。圖１所示是其流程圖。具體的程序代碼

ＩＮＴＶｅｃｔｏｒｓ

／＊系統(tǒng)復(fù)位＊／

．ｓｋｉｐ０ｘ０１００．ＩＮＴＶｅｃｔｏｒｓ

ｓｔａｒｔ

＃／＊設(shè)置ＲＡＭ和ＲＯＭ存儲(chǔ)區(qū)＊／

＃／＊ＯＲ２＝０ｘＦＦＦ０００００片選ＲＡＭ大?。保停?/p>

ｌｉｓｒ５０ｘｆｆｆ０

ｏｒｉｒ５ｒ５０ｘ００００

ｌｉｓｒ４ＯＲ２＠ｈａ

ｓｔｗｒ５ＯＲ２＠ｌｒ４

＃／＊ＢＲ２＝０ｘ０４００００３ＲＡＭ基址０Ｘ４０００００

３２位口大?。?/p>

ｌｉｓｒ５０ｘ４

０

ｏｒｉｒ５ｒ５０ｘ０００３

ｌｉｓｒ４ＢＲ２＠ｈａ

ｓｔｗｒ５ＢＲ２＠ｌｒ４

＃／＊拷貝內(nèi)部Ｆｌａｓｈ到外部ＲＡＭ＊／

ｌｉｒ６０ｘ０

ｌｉｓｒ４０ｘ４０

ｏｒｉｒ４ｒ４０ｘ００００

ｌｉｓｒ５０ｘｆｆｆ０

ｏｒｉｒ５ｒ５０ｘ０

ｌｏｏｐ１

ｌｈｚｘｒ７ｒ６ｒ５

ｓｔｈｘｒ７ｒ６ｒ４

ａｄｄｉｒ６ｒ６０ｘ２

ｌｉｒ８０ｘｂ００

ｃｍｐｒ６ｒ８

ｂｎｅｌｏｏｐ１

＃／＊使ＣＳ２的片選區(qū)無(wú)效＊／

＃／＊ＢＲ２＝０ｘ０４００００３基本寄存器２＊／

ｌｉｓｒ５０ｘｆｆｆ０

ｏｒｉｒ５ｒ５０ｘ００００

ｌｉｓｒ４ＢＲ２＠ｈａ

ｓｔｗｒ５ＢＲ２＠ｌｒ４

＃／＊雙重映射使能＊／

＃／＊ＤＭＯＲ＝０ｘＦＦＦ０００００片選雙重映射區(qū)

大?。玻担叮耄?/p>

ｌｉｓｒ５０ｘ７０００

ｏｒｉｒ５ｒ５０ｘ００００

ｌｉｓｒ４ＯＲ２＠ｈａ

ｓｔｗｒ５ＯＲ２＠ｌｒ４

＃／＊ＤＭＢＲ＝０ｘ０４００００３雙重映射區(qū)基址

０Ｘ０３２位口大小＊／

ｌｉｓｒ５０ｘ０

ｏｒｉｒ５ｒ５０ｘ０００５

ｌｉｓｒ４ＢＲ２＠ｈａ

ｓｔｗｒ５ＢＲ２＠ｌｒ４

ｂａＩＮＴＩｎｉｔｉａｌｉｚｅ

…

３．２復(fù)制法

對(duì)于與ＭＰＣ５００同系列中的ＭＰＣ５６１和ＭＰＣ５６２等芯片，由于微處理器內(nèi)部沒(méi)有ＲＯＭ，所以必須外擴(kuò)ＲＯＭ。在這種情況下，可以把程序燒錄到外部ＲＯＭ，然后在上電時(shí)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(yùn)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(chǔ)區(qū)前運(yùn)行在外部ＲＯＭ，而在重新配置存儲(chǔ)區(qū)后運(yùn)行在外部ＲＡＭ中，因此提高了程序的運(yùn)行速度。該方法在操作時(shí)，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(jī)運(yùn)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。

ＩＮＴＶｅｃｔｏｒｓ

／＊系統(tǒng)復(fù)位＊／

．ｓｋｉｐ０ｘ０１００－．－ＩＮＴＶｅｃｔｏｒｓ

ｓｔａｒｔ

＃／＊設(shè)置ＲＡＭ和ＲＯＭ存儲(chǔ)區(qū)＊／

＃／＊ＯＲ２＝０ｘＦＦＦ０００００片選ＲＡＭ大?。保停?/p>

ｌｉｓｒ５０ｘｆｆｆ０

ｏｒｉｒ５ｒ５０ｘ００００

ｌｉｓｒ４ＯＲ２＠ｈａ

ｓｔｗｒ５ＯＲ２＠ｌｒ４

＃／＊ＢＲ２＝０ｘ０４００００３ＲＡＭ基址０Ｘ４０００００

３２位口大?。?/p>

ｌｉｓｒ５０ｘ４０

ｏｒｉｒ５ｒ５０ｘ０００３

ｌｉｓｒ４ＢＲ２＠ｈａ

ｓｔｗｒ５ＢＲ２＠ｌｒ４

＃／＊ＯＲ０＝０Ｘｆｆｆ８００００片選ＦＬＡＳＨ大?。担保玻耄?/p>

ｌｉｓｒ５０ｘｆｆｆ８

ｏｒｉｒ５ｒ５０ｘ００００

ｌｉｓｒ４ＯＲ２＠ｈａ

ｓｔｗｒ５ＯＲ２＠ｌｒ４

＃／＊ＢＲ０＝０ｘｆｆｆ００８０３ＲＡＭ基址０Ｘｆｆｆ０００００

１６位口大?。?/p>

ｌｉｓｒ５０ｘｆｆｆ０

ｏｒｉｒ５ｒ５０ｘ０８０３

ｌｉｓｒ４ＢＲ２＠ｈａ

ｓｔｗｒ５ＢＲ２＠ｌｒ４

＃／＊拷貝外部Ｆｌａｓｈ到外部ＲＡＭ＊／

ｌｉｒ６０ｘ０

ｌｉｓｒ４０ｘ４０

ｏｒｉｒ４ｒ４０ｘ００００

ｌｉｓｒ５０ｘｆｆｆ０

ｏｒｉｒ５ｒ５０ｘ０

ｌｏｏｐ１

ｌｈｚｘｒ７ｒ６ｒ５

ｓｔｈｘｒ７ｒ６ｒ４

ａｄｄｉｒ６ｒ６０ｘ２

ｌｉｒ８０ｘｂ００

ｃｍｐｒ６ｒ８

ｂｎｅｌｏｏｐ＿１

＃／＊重新分配存儲(chǔ)區(qū)＊／

＃／＊ＢＲ０＝０ｘ６００８０３＊／

ｌｉｓｒ５０ｘ６０

ｏｒｉｒ５ｒ５０ｘ０８０３

ｌｉｓｒ４ＢＲ０＠ｈａ

ｓｔｗｒ５ＢＲ０＠ｌｒ４

＃／＊ＯＲ０＝０ｘＦＦｆ８００００片選ｆｌａｓｈ５１２ｋ

１個(gè)時(shí)鐘等周期＊／

ｌｉｓｒ５０ｘｆｆｆ８

ｏｒｉｒ５ｒ５０ｘ０００３

ｌｉｓｒ４ＯＲ０＠ｈａ

ｓｔｗｒ５ＯＲ０＠ｌｒ４

＃／＊ＯＲ２＝０ｘＦＦＦ０００００片選ＲＡＭ１Ｍ＊／

ｌｉｓｒ５０ｘｆｆｆ０

ｏｒｉｒ５

ｒ５０ｘ００００

ｌｉｓｒ４ＯＲ２＠ｈａ

ｓｔｗｒ５ＯＲ２＠ｌｒ４

＃／＊ＢＲ２＝０ｘｆｆｆ００００