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摘  要：以典型ARM芯片S3C4510B為對象，結(jié)合應(yīng)用環(huán)境，介紹其技術(shù)特點和開發(fā)流程，重點闡述有關(guān)應(yīng)用程序的中斷調(diào)試中動態(tài)處理方法及其3種運行方式，即程序在SDRAM中運行、程序在FLASH中運行、程序從FLASH中調(diào)到SDRAM中運行的中斷調(diào)試方法。
關(guān)鍵詞：ARM  S3C4510B  中斷  動態(tài)  3種運行方式

 

1 概述
sung公司的S3C4510B是基于以太網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的高性價比16/32位RISC微控制器，內(nèi)含一個由ARM公司設(shè)計的16/32位ARM7TDMI RISC處理器核，ARM7TDMI為低功耗、高性能的16/32核，是目前應(yīng)用廣泛的一款A(yù)RM芯片。作者通過對這款典型芯片在網(wǎng)絡(luò)通訊應(yīng)用項目的開發(fā)，掌握了ARM的技術(shù)特點和開發(fā)流程，并且在中斷調(diào)試方面獲得了一些高級技巧。
2 硬件特點
S3C4510B的主要特性描述如下：
    支持ROM/SRAM、FLASH、DRAM和外部I/O以8/16/32位的方式操作；
    100M/10Mbps IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)兼容、提供MII和7線制10Mbps接口Ethernet控制器；
    2個10Mbps HDLC (High-Level Data Link Control) 高層數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議通道；　
    2個可工作于DMA方式或中斷方式的UART模塊，支持紅外發(fā)送和接收；
    IIC接口（主控模式）；
    2個可編程32位定時器；18個可編程I/O口；2個DMA通道；
    21個中斷源，包括4個外部中斷源；
    外部時鐘可由片內(nèi)PLL倍頻；工作頻率最高為50MHz。發(fā)板800
3 調(diào)試環(huán)境
開發(fā)環(huán)境包括Embest IDE集成開發(fā)環(huán)境，Embest 仿真器，基于ARM（S3C4510B）的電路板。
參照嵌入式軟件的開發(fā)流程，如圖1所示。在整個流程中，用戶首先需要建立工程并對工程做初步的配置，包括配置處理器和配置調(diào)試設(shè)備。編輯工程文件，包括自己編寫的匯編和C語言源程序，還有工程編譯時需要編寫的鏈接腳本文件，調(diào)試過程中需要編寫存儲區(qū)映像文件和命令腳本文件，以及上電復(fù)位時的程序運行入口的啟動程序文件。 
 

圖1 開發(fā)流程
對后四種文件的理解很重要，其作用解釋如下。
(1)鏈接腳本文件：在程序編譯時起作用。該文件描述代碼鏈接定位的有關(guān)信息，包括代碼段，數(shù)據(jù)段，地址段等，鏈接器必須使用該文件對整個系統(tǒng)的代碼做正確的定位。在SDRAM中調(diào)試程序、在FLASH中調(diào)試或固化后運行的鏈接腳本文件應(yīng)加以區(qū)分。（在IDE開發(fā)環(huán)境中使用擴(kuò)展名*.ld）
(2)命令腳本文件：在SDRAM中調(diào)試程序時起作用。在集成環(huán)境與目標(biāo)連接時、軟件調(diào)試過程中以及目標(biāo)板復(fù)位后，有時需要集成環(huán)境自動完成一些特定的操作，比如復(fù)位目標(biāo)板、清除看門狗、屏蔽中斷寄存器、存儲區(qū)映射等。這些操作可以通過執(zhí)行一組命令序列來完成，保存一組命令序列的文本文件稱為命令腳本文件（在IDE開發(fā)環(huán)境中使用擴(kuò)展名*.cs）。
(3)存儲區(qū)映像文件：在SDRAM中調(diào)試程序時起作用。在軟件調(diào)試過程中訪問非法存儲區(qū)在部分處理器和目標(biāo)板上會產(chǎn)生異常，如果異常沒有處理，則會導(dǎo)致軟件調(diào)試過程無法繼續(xù)，為了防止以上問題并調(diào)整仿真器訪問速度以達(dá)到最合適的水平，提供這樣一種用于描述各個存儲區(qū)性質(zhì)的文件叫存儲區(qū)映像文件（在IDE開發(fā)環(huán)境中使用擴(kuò)展名*.map）。
在程序的調(diào)試過程中可以選擇使用存儲區(qū)映像文件*.map和命令腳本文件*. cs配合程序的調(diào)試。
(4)啟動文件：它主要是完成一些和硬件相關(guān)的初始化的工作，為應(yīng)用程序做準(zhǔn)備。一般，啟動代碼的第一步是設(shè)置中斷和異常向量；第二步是完成系統(tǒng)啟動所必須的寄存器配置；第三步設(shè)置看門狗及用戶設(shè)計的部分外圍電路；第四步是配置系統(tǒng)所使用的存儲區(qū)分配地址空間；第五步是變量初始化；第六步是為處理器的每個工作模式設(shè)置棧指針；最后一步是進(jìn)入高級語言入口函數(shù)（Main函數(shù)）。4 中斷程序設(shè)計
S3C4510B支持21個中斷源，其中包括4個外部中斷源，基于優(yōu)先級的中斷處理，可以識別兩種類型的中斷：正常中斷請求（IRQ）和快速中斷請求（FIQ）。
S3C4510B的中斷處理模式是一種典型的中斷處理方法。當(dāng)系統(tǒng)產(chǎn)生中斷的時候，系統(tǒng)將中斷懸掛寄存器（Interrupt Pending Register）中對應(yīng)中斷的標(biāo)志位置位，然后跳轉(zhuǎn)到位于0x18處的IRQ或0x1C處的FIQ中斷處理函數(shù)中，該中斷函數(shù)通過讀取中斷懸掛寄存器來判斷中斷源，并根據(jù)優(yōu)先級關(guān)系再跳轉(zhuǎn)到對應(yīng)中斷源的處理代碼內(nèi)。
對此，一般采取的中斷處理方法是在0x18處的IRQ或0x1C處的FIQ中斷處理函數(shù)中進(jìn)行獲取中斷源、清除中斷掛起標(biāo)志、進(jìn)入用戶中斷函數(shù)的相關(guān)程序。顯然，在用戶程序復(fù)雜，中斷源較多的情況下，采用此法必須進(jìn)行中斷源的判斷和散轉(zhuǎn)處理，這樣會影響中斷處理的響應(yīng)時間和程序性能。
在我們的應(yīng)用開發(fā)過程中，在中斷調(diào)試方面采用了類似矢量中斷動態(tài)處理方式，讓中斷對應(yīng)的確定地址代碼調(diào)轉(zhuǎn)到RAM的固定地址處，定義一個函數(shù)指針指向該固定地址，就可以隨時通過替換RAM固定地址處的代碼，實現(xiàn)動態(tài)改變中斷處理函數(shù)。
具體方法是：
(1)將中斷源函數(shù)指針定義在RAM中相對的固定地址，建立中斷矢量表；
void SetInterrupt (U32 vector, void (*handler)())
{
      InterruptHandlers[vector] = handler;
}
(2)在程序中，調(diào)用具體某中斷源的中斷處理函數(shù)；
如：  SetInterrupt(IIC_INT,IICWriteIsr); 
/* 聲明IIC中斷處理函數(shù)，其中IIC_INT為 IIC中斷源序號，IICWriteIsr為 IIC的寫中斷處理函數(shù) */
(3)在0x18處的IRQ或0x1C處的FIQ中斷入口函數(shù)中，獲取中斷源、清除中斷掛起標(biāo)志、通過已定義的中斷源函數(shù)指針進(jìn)入用戶具體某中斷處理程序。 
void ISR_IrqHandler(void)
{
    IntOffSet = (unsigned int)INTOFFSET;
    Clear_PendingBit(IntOffSet>>2) ;
(*InterruptHandlers[IntOffSet>>2])();
// 調(diào)用具體某中斷處理程序
}
采用動態(tài)的中斷處理方法，在中斷源較多的情況下，中斷響應(yīng)時間和程序性能得到優(yōu)化。另外，在調(diào)試方面，此處理方法具有便于跟蹤調(diào)試的優(yōu)點，并且根據(jù)需要，可以方便變換中斷處理函數(shù)。

5 中斷調(diào)試
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軟件調(diào)試可以在SDRAM中或FLASH中進(jìn)行。在SDRAM中，讀寫方便，訪問速度快。一般軟件調(diào)試應(yīng)在RAM中完成，但當(dāng)RAM空間小于FLASH程序空間，程序只能在FLASH運行和調(diào)試時，或者用戶希望了解程序在FLASH中實際運行情況時，就可以在FLASH中進(jìn)行程序調(diào)試。
進(jìn)行中斷調(diào)試時，應(yīng)注意中斷入口位于SDRAM中或FLASH中0x18或0x1c地址，鏈接腳本文件必須使整個系統(tǒng)的代碼正確定位于0x0起始處，但SDRAM或FLASH對應(yīng)的鏈接腳本文件及工程配置注意區(qū)別。
(1)程序在SDRAM中運行
在SDRAM中調(diào)試，使用SDRAM對應(yīng)的鏈接腳本文件。調(diào)試過程需要以下幾步：編譯、鏈接工程；連接仿真器和電路板；下載程序（在IDE開發(fā)環(huán)境中使用擴(kuò)展名*.elf）；調(diào)試。
下載程序前必須啟動命令腳本文件完成前述的一些特定的操作，命令腳本文件的啟動在連接仿真器時自動進(jìn)行，其中存儲區(qū)映射應(yīng)與程序在SDRAM中運行時相同，保證整個系統(tǒng)的代碼正確定位于0x0起始處。下載程序的起始地址也為0x0，下載成功后便可進(jìn)行調(diào)試工作。
(2)程序在FLASH中運行
在FLASH中調(diào)試，使用FLASH對應(yīng)的鏈接腳本文件。調(diào)試過程需要以下幾步：編譯、鏈接工程；連接仿真器和電路板；程序格式轉(zhuǎn)換（*.elf轉(zhuǎn)換為*.bin）；固化*.bin程序；調(diào)試。
連接仿真器后不需要下載程序，存儲區(qū)映射由本身工程中啟動文件運行完成，不需要命令腳本文件。在本環(huán)境調(diào)試過程中，可以設(shè)置兩個硬件斷點。
(3)程序從FLASH中調(diào)到SDRAM中運行
在某些應(yīng)用場合，強調(diào)程序運行速度的情況下，希望程序在SDRAM中運行，這樣就需要將FLASH中存儲的程序，在系統(tǒng)上電后搬運到SDRAM某空間
位置，然后自動運行。這種所謂的Bootloader技術(shù)，在DSP系統(tǒng)中常被采用。
調(diào)試過程分兩步：
(1)首先將用戶程序在SDRAM中調(diào)試通過，然后將*.bin文件固化到FLASH某一非0扇區(qū)地址空間；
(2)將自己編寫的Bootloader搬運程序調(diào)試通過并將Bootloader.bin文件固化到FLASH的 0扇區(qū)地址空間，搬運程序在系統(tǒng)上電后，將（1）中FLASH某一非0扇區(qū)地址空間存儲的程序，搬運到在SDRAM調(diào)試中同樣的空間位置，實現(xiàn)程序在SDRAM中運行的目的。
另外注意，因為用戶實際的程序中斷入口必須位于FLASH的0x18或0x1c地址，所以Bootloader搬運程序還應(yīng)具有中斷入口的跳轉(zhuǎn)功能，即把PC指針由此轉(zhuǎn)向處于SDRAM空間的中斷程序入口表，就是整個用戶程序被搬運到SDRAM的那一位置。 
如：LDR    PC,    =HandleIRQ
// HandleIRQ位于SDRAM空間中斷程序入口表
在本項目開發(fā)過程中，由于系統(tǒng)實時性要求高，定時器中斷達(dá)到微秒級，程序在FLASH中運行時，速度不能達(dá)到系統(tǒng)要求，故采用把程序從FLASH中調(diào)到SDRAM中運行的方式，問題得到解決。

6 結(jié)束語
上述有關(guān)中斷動態(tài)處理方法及其3種運行方式，是基于S3C4510B系統(tǒng)調(diào)試的一點小結(jié)，在ARM技術(shù)的實際應(yīng)用中具有典型性和代表性，讀者可根據(jù)自己的應(yīng)用場合及應(yīng)用目的參考指正。

參考文獻(xiàn)
1、ARM Limited. ARM7TDMI(Rev4) Technical Reference Manual
2、李駒光. ARM應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)詳解──基于S3C4510B的系統(tǒng)設(shè)計[M].北京：清華大學(xué)出版社，2003
3、馬忠梅. ARM嵌入式處理器結(jié)構(gòu)與應(yīng)用基礎(chǔ)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003

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