[M3_SN] ARM 中常驻RAM的程序设计方法

ARM 中常驻RAM的程序设计方法

引言

过去由于微控制器的寻址空间以及RAM的价格和容量的限制，系统运行后，微控制器不得不频繁地访问ROM读取指令。总所周知，RAM的访问速度比ROM快几倍到十几倍，例如，A TMEL 公司的AT4BV162(FLASH)的访问时间是70ns, 三星公司的K6R4016(SDRAM)的访问时间只需要10ns左右，二者相差了近7倍。随着ARM微控制器的出现，微控制的运行速度和寻址能力都有所增强。ATMEL公司的ARM7微控制器A T91M55800A的指令执行速度可以达到30MHz以上，在访问FLASH时，要插入3个等待周期和2个数据浮空输出周期，而访问SDRAM时，则无需插入等待周期和数据浮空输出周期，由此可见，微控制器和SDRAM的访问速度十分接近。

通过以上分析可知，提高ROM的访问速度或者将程序加载到RAM中运行，两种方法都可以提高微控制器的工作效率。但是由于ROM的结构和工艺的原因，采用前一种方法所需要的成本和技术难度都远远大于后一种方法。

本文通过实例，详细地阐述了如何用ADS1.2实现ARM中常驻RAM的程序设计方法。通过在ATMEL91M55800A上的运行结果，给出了采用此方法后系统性能提高的效果。

工作原理

常驻RAM程序就是当系统通电运行后，引导程序将部分程序和数据加载到相应的RAM区域，为控制器直接从RAM中读取该部分指令和数据，而不在访问ROM，从而缩短了微控制器读取指令和数据的时间，ARM中实现常驻RAM程序包括2个步骤：

1）在源文件的控制目标文件中，生成代码段和数据段。

2）编写分散加载描述文件，利用分散加载机制完成目标文件链接过程，得到最终的二进制文件。控制目标文件中段的规则

使用ADS开发工具生成目标文件中包含的段的种类如图1所示。由于分散加载机制的最小加载单元是段，这就要求在源文件中对要加载到不同存储器区域的代码或数据生成不同的段。

图1. 目标文件中段的分类

常用的控制方法有如下几种:

1)根据记载区域的不同划分源文件，源文件经过编译后生成目标文件，分散加载机制以目标文件

的默认段名进行加载。其优点是实现较为简单，适合于小型开发项目使用，缺点是破坏了项目中文件结构模块化的原则，不利于对项目的维护。

2)在ADS中使用-zo选项，源文件经过编译后生成的目标文件中，每个函数生成相对应的段。其优

点是实现最简单，缺点是不能控制常量表和变量加载到指定的存储区域。

3)在C语言的源文件中使用#pragma arm section 或在汇编语言中使用AREA指定段。其优点是可

以自由控制一个目标文件中段的数量和名称，可以为指定的常量或变量生成常量段或变量段，并加载到指定的存储区域的指定地址。

综合分析以上3种实现方法后可知，第3种方法比较适合大中型项目的开发过程，本文只介绍第3中方法暗中C语言开发环境下生成指定段的方法。

在C语言的源文件中控制段的语法规则是:

#pragma arm section [sort_type][[=][”name”]] [,sort_type = “name”]…

其中，sort_type 可以是code, rodata, rwdata, zidata之一，相应的中文含义见图1；name 是对应于sort_type段的名称，当name省略时，对应的sort_type恢复成默认的段名。

例如:

#pragma arm section code = “abc”表示此行后面的代码位于目标文件的abc代码段中。

#pragma arm section code 表示恢复此行以后的代码到默认的代码段中。

编写分散加载描述文件的规则

分散加载机制通过分散加载描述文件控制目标代码的链接，使目标代码和数据加载到指定的存储区域中运行。分散加载描述文件包括加载区和执行区2部分。加载区是当前系统上电或加载时存放目标代码的存储区域，通常是指ROM，执行区域是目标代码运行时所使用的存储器区域，可以使ROM或RAM。常用的分散加载描述文件的语法如下:

1. Load_Region Base_Addr

2. {

3. Exec_Region_1 Base_Addr length

4. {

5. Module_Select(“+” Attr | Section_Pattern)

6. }

7. Exec_Region_1 Base_Addr length

8. {

9. Module_Select(“+” Attr | Section_Pattern)

10. }

11. }

具体解释如下:

Load_Region 加载区名称

Exec_Region_x 执行区名称, x表示相应的序号

加载区的Base_Addr 加载区的首地址，必须是字对齐地址，并且与其中一个执行区域的首地址相同。

执行区的Base_Addr 执行区的首地址，可以是字对齐地址的绝对地址,也可以是相对地址。

Length 可选项，指定了执行区域的最大字节数。

Module_Select 模块名称，如 main.o 可以使用*通配符。

Attr 段的名称,如abc

Section_Patten 段的属性如ro, rw, zi 等，属性前要加”+”。

应用实例

硬件组成如图2所示，本实例采用微控制器论寻的方式读取常量数组，并在执行一万次加法运算后翻转PB0引脚电平的状态，通过示波器测量PB0引脚的波形变化情况。因为内部RAM访问时间最短，外部SDRAM次之，Flash访问时间最长，所以将通电后只执行一次的InitPin函数加载到FLASH 中，将执行次数最频繁的函数revPin，记录引脚状态的变量pin_status和常量数组cstvar加载到内部RAM中，其余的函数和变量加载到外部SDRAM中，如果常量数组过大，也可以加载到外部RAM 中。

源程序如下(文件名为main.c,启动代码部分略)

1. #define TEST_PIN PB0

2. #include “stdio.h”

3. #include “../parts/m55800/lib_m55800.h”

4.

5. #pragma arm section rodata=”CV” // 定义CV常量段

6. const unsigned int cstvar[10] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};

7.

8. #pragma arm section rodata // 定义RP代码段和数据段

9. #pragma arm section zidata = “RP” ,code =”RP”

10. void addm(void)

11. {

12. unsigned int i, j, dump = 0;

13. for (i = 0; i < 100; i++)

14. {

15. for (j = 0; j < 10; j++)

16. {

17. dump +=cstvar[j];

18. }

19. }

20. // 防止编译器优化掉cstvar常量数组和上面的循环程序

21. If (dump > 0)

22. {

23. dump =0;

24. }

25. }

26. unsigned int pin_status;

27. void revpin(void)

28. {

29. if (pin_status == 1)

30. {