从零入手Kinetis系统开发之启动代码分析

只看该作者 · 2015-3-21 21:56

在对K60开发应用程序或编写硬件模块的驱动程序之前，我们需要对其启动流程有所了解。也许对一些简单的8位或者16位单片机进行系统开发时，我们往往不用去关心其启动代码部分，一般都是直接使用开发环境默认给出的启动代码，没必要去改。但是对于像ARM这类的复杂的32位片上系统来说，在启动代码部分，需要通过软件对一些硬件资源进行配置和设置一定的工作状态，这样我们就不得不去认真的了解它了。下面就以飞思卡尔tower系统上的片子MK60N512VMD100为例分析官方提供的Demo程序的启动流程。

简单的概括下K60的启动流程，主要分为四个部分（咳咳，我自作主张的分的，大家不要拍砖啊，呵呵）：

（1）初始化K60的通用寄存器（R0~R12)，使能全局中断，跳转到start函数；

（2）关闭看门狗，在调试阶段一般关闭它，毕竟老是频繁的喂狗也是挺麻烦的；

（3）复制中断向量表、初始化的数据和以__ramfunc声明的子函数到RAM区（一定程度上提高了代码执行速度），并清零零初始化数据区；

（4）初始化系统时钟；

在逐步分解介绍之前，必须要首先了解下*.icf文件，我默认采用128KB_Pflash配置模式，所以这里打开128KB_Pflash.icf文件，由于这个代码较多，所以就挑重要的说了：

/*******************************用到的，捡重要的说，可能不是挨着的语句*******************************

define symbol __ICFEDIT_intvec_start__ = 0x00000000;//这个是声明，中断向量表的默认存放地址

define symbol __code_start__ = 0x00000410;//声明程序代码开始地址

define exported symbol __VECTOR_TABLE = 0x00000000;//默认的中断向量表存放地址=楼上，呵呵

   define exported symbol __VECTOR_RAM = 0x1fff8000;//需要复制到RAM去的中断向量表的地址

   place at address mem:__ICFEDIT_intvec_start__ { readonly section .intvec };// 把.intvec代码段中的只读部分放在存储空间mem中的__ICFEDIT_intvec_start__ 地址上

   place at address mem:__code_start__ { readonly section .noinit };//把 .noinit段中的只读部分放到地址空间 __code_start__开始的地址上

只看该作者 · 2015-3-21 21:56

************************************************************************************************************/

.intvec 这个段可以在vectors.c文件中找得到，上图了又：

这里可以看到，系统默认是把中断向量表放到了.intvec段里，由上面可以看到也就是默认放到了0x00000000地址。

只看该作者 · 2015-3-21 21:57

（1）下面逐步分解，其中第一步可以在crt0.s文件里找到，如下：

;AREA Crt0, CODE, READONLY ; name this block of code

  SECTION .noinit : CODE    ; 下面这部分汇编代码放到.noinit段里地址为0x00000410（从上面分析可以看到）

      EXPORT  __startup
__startup                                  ;  __startup标号，其实这个是复位向量，在中断向量表里可以查到为vector001
         MOV    r0,#0                ; 清零所有通用寄存器
         MOV    r1,#0
         MOV    r2,#0
         MOV    r3,#0
         MOV    r4,#0
         MOV    r5,#0
         MOV    r6,#0
         MOV    r7,#0
         MOV    r8,#0
         MOV    r9,#0
         MOV    r10,#0
         MOV    r11,#0
         MOV    r12,#0
         CPSIE i                      ; 打开全局中断
      import start
      BL    start                      ; 跳转到start的C函数
__done
      B    __done
      END
可能有些人会迷惑为什么CPU会复位之后从__startup标号开始执行，这里我以CPU的角度走一遍这个流程，CPU上电复位或者其他方式复位之后，它会首先从0x00000000地址读取堆栈指针到SP，然后再从0x00000004地址(注意地址总线为32位，所以每次跳4个字节才能读取下个地址)读取程序指针到PC，最后CPU就跳到PC指针所指向的地址开始执行程序了，至于从0x00000004读取的PC指针指向的地址是哪呢，那就是上面所说的__startup标号指向的程序地址了，这个我们可以在vector.h文件里找到，如下：

只看该作者 · 2015-3-21 21:57

（2）接下来跳到了start.c文件的start函数，首先执行关闭看门狗功能，也就是第二步了：
/* Disable the watchdog timer */
wdog_disable();//关闭看门狗功能，打开wdog.c文件，找到wdog_disable函数，可以找到

/********************************************************************************************************
void wdog_disable(void)
{
   /* First unlock the watchdog so that we can write to registers */
      wdog_unlock();

   /* Clear the WDOGEN bit to disable the watchdog */
   WDOG_STCTRLH &= ~WDOG_STCTRLH_WDOGEN_MASK;
}
void wdog_unlock(void)
{

      DisableInterrupts;

   /* Write 0xC520 to the unlock register */
   WDOG_UNLOCK = 0xC520;

   /* Followed by 0xD928 to complete the unlock */
   WDOG_UNLOCK = 0xD928;

   /* Re-enable interrupts now that we are done */
      EnableInterrupts;
}

***********************************************************************************************************/
其完整的流程就是先解锁看门狗（注意向解锁寄存器里连续写入0xC520和0xD928，两次写入的时间必须小于20个时钟周期，期间不允许中断），然后禁止看门狗使能就OK了。

只看该作者 · 2015-3-21 21:58

（3）关闭看门狗之后，进入第三步，复制向量表：
/* Copy any vector or data sections that need to be in RAM */
common_startup();//复制向量表、初始化的数据和以__ramfunc声明的子函数到RAM区，打开startup.c文件找到该函数

/********************************************************************************************************
void  common_startup(void)
{
/* Declare a counter we'll use in all of the copy loops */
uint32 n;

/* 这两个全局变量在上面.icf文件里可以找到，里面定义了它们的地址*/
extern uint32 __VECTOR_TABLE[];
extern uint32 __VECTOR_RAM[];

/* Copy the vector table to RAM */
/*如果它们地址不一样（我用的是128KB_Pflash所以是不一样的），则复制flash内的向量表到RAM区得向量表*/
if (__VECTOR_RAM != __VECTOR_TABLE)
{
      for (n = 0; n < 0x410; n++)
         __VECTOR_RAM[n] = __VECTOR_TABLE[n];
}
/* Point the VTOR to the new copy of the vector table */
/*当然单单复制到RAM区不行，还需要告诉系统我把向量表地址改变了，还需要写VTOR*/
write_vtor((uint32)__VECTOR_RAM);

/*下面就是复制初始化数据区到RAM了*/
/* Get the addresses for the .data section (initialized data section) */
uint8* data_ram = __section_begin(".data");
uint8* data_rom = __section_begin(".data_init");
uint8* data_rom_end = __section_end(".data_init");

/* Copy initialized data from ROM to RAM */
n = data_rom_end - data_rom;
while (n--)
   *data_ram++ = *data_rom++;

/*清零零初始化数据区*/
/* Get the addresses for the .bss section (zero-initialized data) */
uint8* bss_start = __section_begin(".bss");
uint8* bss_end = __section_end(".bss");

/* Clear the zero-initialized data section */
n = bss_end - bss_start;
while(n--)
   *bss_start++ = 0;

/*复制以__ramfunc声明的子函数到RAM区（CodeRelocate和CodeRelocateRam这两个都可以在.icf文件里找到）*/
uint8* code_relocate_ram = __section_begin("CodeRelocateRam");
uint8* code_relocate = __section_begin("CodeRelocate");
uint8* code_relocate_end = __section_end("CodeRelocate");

/* Copy functions from ROM to RAM */
n = code_relocate_end - code_relocate;
while (n--)
   *code_relocate_ram++ = *code_relocate++;
}
****************************************************************************************************************

只看该作者 · 2015-3-21 21:58

（4）下面就进行最后一个步骤了，就是系统时钟的初始化了，这里涉及到MCG的各个模式，就不细说了，以后单独说说。下面简单介绍一下时钟初始化：
/* Perform processor initialization */
sysinit();                   //打开system.c文件找到该函数
/************************************************************************************************************************
void sysinit (void)
{
      /*使能PORT口的时钟，注意如果需要对port进行相关设置，这些PORT口的时钟必须要打开*/
      SIM_SCGC5 |= (SIM_SCGC5_PORTA_MASK
                  | SIM_SCGC5_PORTB_MASK
                  | SIM_SCGC5_PORTC_MASK
                  | SIM_SCGC5_PORTD_MASK
                  | SIM_SCGC5_PORTE_MASK );

  /* Ramp up the system clock */
  core_clk_mhz = pll_init(CORE_CLK_MHZ, REF_CLK); //使用锁相环设置相应的内核时钟，例程中CORE_CLK_MHZ=PLL96，                                                                                                          //REF_CLK=XTAL8，这里不详细介绍了，以后单独介绍

  core_clk_khz = core_clk_mhz * 1000;
periph_clk_khz = core_clk_khz / (((SIM_CLKDIV1 & SIM_CLKDIV1_OUTDIV2_MASK) >> 24)+ 1); //得到外设时钟

/*下面两句是初始化总线频率和内核频率到相应的IO上通过设置 pin muxing options，用来验证系统频率是否设置正确，挺有用的*/
  trace_clk_init();
fb_clk_init();

//..............................此处.省略N个语句，不重要就不提了.........................................
}
***********************************************************************************************************************/
呼呼，到此处，K60的系统启动部分就完工，然后调用main()进入到应用程序主函数，之后就是咱们正常的开发流程了，呵呵，还是挺简单的哈，具体地方还需自己琢磨摸索一下，觉着.icf文件很重要，可以仔细看看研究一下。

从上面可以看到飞思卡尔官方的启动代码真够麻烦的，各个文件之间跳，估计耐心差的都扛不住啊，呵呵。所以我重新整理简化了一下它的启动代码