山东群英会开奖结果

(玩电子) 电子技术学习与研究
当前位置:单片机教程网 >> MCU设计实例 >> 浏览文章

在main()之前,IAR都做了啥?

作者:未知   来源:布冬冬 的空间   点击数:x  更新时间:2014年08月16日   【字体:

最近要在Cortex-M3上写一个简单的操作系统,打算使用IAR,为了写好启动代码,花了一些时间了解了IAR在main()以前做了些什么事。

 

 

 

首先系统复位时,Cortex-M3从代码区偏移0x0000'0000处获取栈顶地址,用来初始化MSP寄存器的值。

接下来从代码区偏移0x0000'0004获取第一个指令的跳转地址。这些地址,是CM3要求放置中断向量表的地方。

这里是一个程序的启动区的反汇编:

__vector_table:
  08004000  2600      

  08004002  2000      

  08004004  7E1D      

  08004006  0800     

 

这个程序是由IAP程序来启动的,IAP程序获取0x0800'4000处的MSP值(0x20002600),并设置为MSP的值,即主堆栈最大范围是0x2000'0000~0x2000'25FF。接下来IAP程序获取0x0800'4004处的Reset_Handler的地址(0x0800'7E1D),并跳转到Reset_Handler()执行。

 

IAP在这里完全是模仿了Cortex-M3的复位序列,也就是说,在没有IAP的系统上,CM3只能从0x0800'0000获取MSP,从0x0800'0004获取第一条指令所处地址。而IAP就存在在0x0800'0000这个地址上,IAP的启动,已经消耗掉了这个复位序列,所以IAP要启动UserApp程序的时候,也是完全模仿Cortex-M3的复位序列的。

 

接下来我们看看复位后第一句指令——Reset_Handler()函数里有什么。

若我们使用的是ST公司标准外设库,那么已经有了现成的Reset_Handler,不过他是弱定义——PUBWEAK山东群英会开奖结果,可以被我们重写的同名函数覆盖。一般来说,我们使用的都是ST提供的Reset_Handler,在V3.4版本的库中,可以在startup_stm32f10x_xx.s中找到这个函数:

 

        PUBWEAK Reset_Handler
        SECTION .text:CODE:REORDER(2)
Reset_Handler
        LDR     R0, =SystemInit
        BLX     R0
        LDR     R0, =__iar_program_start
        BX      R0

 

看来ST没有做太多的事,他只调用了自家库提供的SystemInit函数进行系统时钟、Flash读取的初始化,并把大权交给了__iar_program_start这个IAR提供的“内部函数”了,我们就跟紧这个__iar_program_start跳转,看看IAR做了什么,上面一段代码的反汇编如下:

 

       Reset_Handler:
__iar_section$$root:
  08007E1C  4801      LDR          R0, [PC, #0x4]; LDR     R0, =SystemInit
  08007E1E  4780      BLX          R0;BLX     R0
  08007E20  4801      LDR          R0, [PC, #0x4];
LDR     R0, =__iar_program_start
  08007E22  4700      BX           R0;BX      R0
  08007E24  6C69      

  08007E26  0800      

  08007E28  7D8D      

  08007E2A  0800     

 

细心的观众会发现地址是0x0800'7E1C,比我们查到的0x0800'7E1D差了1,这是ARM家族的遗留问题,因为ARM处理器的指令至少是半字对齐的(16位THUMB指令集 or 32位ARM指令集),所以PC指针的LSB是常为0的,为了充分利用寄存器,ARM公司给PC的LSB了一个重要的使命,那就是在执行分支跳转时,PC的LSB=1,表示使用THUMB模式,LSB=0,表示使用ARM模式,但在最新的Cortex-M3内核上,只使用了THUMB-2指令集挑大梁,所以这一位要常保持1,所以我们查到的地址是0x0800'7E1D(C=1100,D=1101),放心,我们的CM3内核会忽略掉LSB(除非为0,那么会引起一个fault),从而正确跳转到0x0800'7E1C。

 

从0x0800'7E20处的加载指令,我们可以算出__iar_program_start所处的位置,就是当前PC指针(0x0800'7E24),再加上4,即0x0800'7E28处的所指向的地址——0x0800'7D8D(0x0800'7D8C),我们跟紧着跳转,__iar_program_start果然在这里:

 

__iar_program_start:
  08007D8C  F000F88C  BL           
__low_level_init
  08007D90  2800      CMP          R0, #0x0
  08007D92  D001      BEQ          
__iar_init$$done
  08007D94  F7FFFFDE  BL           __iar_data_init2

  08007D98  2000      MOVS         R0, #0x0
  08007D9A  F7FDFC49  BL           main

 

我们看到IAR提供了__low_level_init这个函数进行了“底层”的初始化,进一步跟踪,我们可以查到__low_level_init这个函数做了些什么,不是不是我们想象中的不可告人。

 

__low_level_init:
  08007EA8  2001      MOVS         R0, #0x1
  08007EAA  4770      BX           LR

 

__low_level_init出乎想象的简单,只是往R0寄存器写入了1,就立即执行"BX LR"回到调用处了,接下来,__iar_program_start检查了R0是否为0,为0,则执行__iar_init$$done,若不是0,就执行__iar_data_init2。__iar_init$$done这个函数很简单,只有2句话,第一句是把R0清零,第二句就直接"BL main",跳转到main()函数了。不过既然__low_level_init已经往R0写入了1,那么我们还是得走下远路——看看__iar_data_init2做了些什么,虽然距离main只有一步之遥,不过这中间隐藏了编译器的思想,我们得耐心看下去。

 

__iar_data_init2:
  08007D54  B510      PUSH         {R4,LR}
  08007D56  4804      LDR          R0, [PC, #0x10]
  08007D58  4C04      LDR          R4, [PC, #0x10]
  08007D5A  E002                0x8007D62
  08007D5C  F8501B04  LDR          R1, [R0], #0x4
  08007D60  4788      BLX          R1
  08007D62  42A0      CMP          R0, R4
  08007D64  D1FA      BNE          0x8007D5C
  08007D66  BD10      POP          {R4,PC}
  08007D68  7C78      

  08007D6A  0800      

  08007D6C  7C9C     

  08007D6E  0800     

 

看来IAR迟迟不执行main()函数,就是为了执行__iar_data_init2,我们来分析分析IAR都干了些什么坏事~

 

首先压R4,LR入栈,然后加载0x0800'7C78至R0,0x0800'7C9C至R4,马上跳转到0x0800'7D62执行R0,R4的比较,结果若是相等,则弹出R4,PC,然后立即进入main()。不过IAR请君入瓮是自不会那么快放我们出来的——结果不相等,跳转到0x0800'7D5C执行,在这里,把R0指向的地址——0x0800'7C78中的值——0x0800'7D71加载到R1,并且R0中的值自加4,更新为0x0800'7C7C,并跳转到R1指向的地址处执行,这里是另一个IAR函数:__iar_zero_init2:

 

__iar_zero_init2:
  08007D70  2300      MOVS         R3, #0x0
  08007D72  E005                0x8007D80
  08007D74  F8501B04  LDR          R1, [R0], #0x4
  08007D78  F8413B04  STR          R3, [R1], #0x4
  08007D7C  1F12      SUBS         R2, R2, #0x4
  08007D7E  D1FB      BNE          0x8007D78
  08007D80  F8502B04  LDR          R2, [R0], #0x4
  08007D84  2A00      CMP          R2, #0x0
  08007D86  D1F5      BNE          0x8007D74
  08007D88  4770      BX           LR
  08007D8A  0000      MOVS         R0, R0

 

__iar_data_init2还没执行完毕,就跳转到了这个__iar_zero_inti2,且看我们慢慢分析这个帮凶——__iar_zero_inti2做了什么。

__iar_zero_inti2将R3寄存器清零,立即跳转到0x0800'7D80执行'LDR          R2, [R0], #0x4',这句指令与刚才在__iar_data_init2见到的'LDR         山东群英会开奖结果 R1, [R0], #0x4'很类似,都为“后索引”。这回,将R0指向的地址——0x0800'7C7C中的值——0x0000'02F4加载到R2寄存器,然后R0中的值自加4,更新为0x0800'7C80。接下来的指令检查了R2是否为0,显然这个函数没那么简单想放我我们,R2的值为2F4,我们又被带到了0x0800'7D74处,随后4条指令做了如下的事情:

1、将R0指向的地址——0x0800'7C80中的值——0x2000'27D4加载到R1寄存器,然后R0中的值自加4,更新为0x0800'7C84。

2、将R1指向的地址——0x2000'27D4中的值——改写为R3寄存器的值——0,然后R1中的值自加4,更新为0x2000'27D8。

3、R2自减4

4、检查R2是否为0,不为0,跳转到第二条执行。不为,则执行下一条。

 

这简直就是一个循环!——C语言的循环for(r2=0x2F4;r2-=4;r!=0){...},我们看看循环中做了什么。

 

第一条指令把一个地址加载到了R1——0x2000'27D4 是一个RAM地址,以这个为起点,在循环中,对长度为2F4的RAM空间进行了清零的操作。那为什么IAR要做这个事情呢?消除什么记录么?用Jlink查看这片内存区域,可以发现这片区域是我们定义的全局变量的所在地。也就是说,IAR在每次系统复位后,都会自动将我们定义的全局变量清零0。

 

清零完毕后,接下来的指令"LDR          R2, [R0], #0x4"将R0指向的地址——0x0800'7C84中的值——0加载到R2寄存器,然后R0中的值自加4,更新为0x0800'7C88。随后检查R2是否为0,这里R2为0,执行'BX LR'返回到__iar_data_init2函数,若是不为0,我们可以发现又会跳转至“4指令”处进行一个循环清零的操作。

 

读到这里,我们应该可以猜到IAR的意图了:__iar_data_init2一开始加载了0x0800'7C78至R0,0x0800'7C9C至R4,[R0,R4]就是一段启动代码区,在这个区域内保存了要“处理”的所有地址与信息——执行的函数地址或者参数,实际上,这片区域也有一个名字,叫做:Region$$Table$$。在这个区域内,程序以R0为索引,R4为上限,当R0=R4,__iar_data_init2执行完毕,跳转至main()函数。

 

好了,保持我们这个猜想,继续跟踪我们的PC指针——我们回到了__iar_data_init2函数中,第一件事就是比较R0,R4的值,可惜的是,仍然不相等,我们又被带到了0x0800'7D5C,至此,我们应该能看出这是一个__iar_data_init2的“主循环”,这也验证了我们对IAR意图的猜想~

  __iar_data_init2中的“主循环”:

  08007D5C  F8501B04  LDR          R1, [R0], #0x4
  08007D60  4788      BLX          R1
  08007D62  42A0      CMP          R0, R4

 

我们可以等价写为:for(r0=0x0800'7C78,r4=0x0800'7C9C;r0!=r4;r0+=4){...}

此时,我们的R0为0x0800'7C88,经过“指令1”,R0变为0x0800'7C8C,R1为0x0800'7C55。我们来看看,7C55处,IAR又要执行何种操作。

 

__iar_copy_init2:
  08007C54  B418      PUSH         {R3,R4}
  08007C56  E009                0x8007C6C
  08007C58  F8501B04  LDR          R1, [R0], #0x4
  08007C5C  F8502B04  LDR          R2, [R0], #0x4
  08007C60  F8514B04  LDR          R4, [R1], #0x4
  08007C64  F8424B04  STR          R4, [R2], #0x4
  08007C68  1F1B      SUBS         R3, R3, #0x4
  08007C6A  D1F9      BNE          0x8007C60
  08007C6C  F8503B04  LDR          R3, [R0], #0x4
  08007C70  2B00      CMP          R3, #0x0
  08007C72  D1F1      BNE          0x8007C58
  08007C74  BC12      POP          {R1,R4}
  08007C76  4770      BX           LR

 

这是一个名为__iar_copy_init2的函数,他执行了什么"copy"操作呢?

首先压R3,R4入栈,然后跳转到0x0800'7C6C,从R0——Region$$Table$$Base中取出参数0x238放入R3,接下来的指令大家应该都熟悉了,0x238不为0,所以我们被带至7C58处,再次从Region$$Table$$Base中取出参数0x0800'7F14放入R1,从Region$$Table$$Base取出参数0x2000'2AC8放入R2处。细心的观众应该能察觉这和__iar_zero_init2中取参数的几乎一样:先取出大小,随后取出了地址——只不过这里多出了1个地址,没错这就是"copy",随后的指令

  08007C60  F8514B04  LDR          R4, [R1], #0x4
  08007C64  F8424B04  STR          R4, [R2], #0x4
  08007C68  1F1B      SUBS         R3, R3, #0x4
  08007C6A  D1F9      BNE          0x8007C60
则是另一个“4指令”,指令1将R1指向地址的数据读到R4,指令2将R2指向地址的数据改写为R4的数据,指令3、4是完成一个循环。

说到这里大家都应该明白了——这就是一个"copy"的操作,从Flash地址0x0800'7F14起,将长度0x238的数据拷贝到RAM地址0x2000'2AC8中。

通过Jlink,我们可以看到这片区域是我们定义的并且已初始化的全局变量。也就是说,每次复位后,IAR在此处进行全局变量的初始化。

 

在这“4指令”执行完毕后,再次从Region$$Table$$Base中取出参数,为0,比较之后条件符合,函数返回__iar_data_init2。

此时的R0已经为0x0800'7C9C与R4相等,__iar_data_init2终于完成它的使命。

 

  08007D98  2000      MOVS         R0, #0x0
  08007D9A  F7FDFC49  BL           main

 

将R0清零以后,IAR放弃主动权,把PC指针交给了用户程序的入口——main()。

 

但请注意,这里使用的是BL指令进行main跳转,也就是说,main函数只是IAR手中的一个子程序,若是main函数执行到了结尾,接下来则会执行exit等IAR提供的“退出”函数。这些函数,等待下回分解~

 

总之,IAR在启动main()函数以前,执行了Reset_Handler,调用SystemInit()(ST库提供)进行时钟,Flash读取初始化,并转入__iar_program_start中执行__low_level_init与__iar_data_init2,并在__iar_data_init2中,先后调用__iar_zero_init2与__iar_copy_init2对全局变量、全局已初始化变量进行相应的初始化操作。最后,调用main()函数执行。

 

这就是IAR在启动main()函数之前做的事情,它并没有那么神秘,只要花些时间,就可以跟跟踪分析出这个过程。

发表评论】【告诉好友】【收藏此文】【关闭窗口

文章评论

山东群英会开奖结果相关的文章

北京赛车怎么玩 秒速时时彩 北京赛车pk10玩法 明仕彩票平台 北京两步彩走势 浙江体彩6+1 百胜彩票投注 新疆喜乐彩大小分布 福建快3开奖 彩票高賠率好平台