ARM中断从头开始(Cortex-M4)

ARM interrupts from the beginning (Cortex-M4)

我正在处理 NXP 的新微控制器 LPC4088。我需要 2 周的时间来研究和编写外围设备的工作示例:IOCONFIG、GPIO、TIMERS、PWM 和 ADC。请查看我的存储库 here。这就是您对我的工作方式和我的技能水平的感觉。

到目前为止,我可以简单地禁用中断并在没有它们的情况下工作。现在我想处理 需要中断 的 UART 外围设备。我从未编写过中断程序,但对 ARM 中断有所了解。 遗憾的是理论上。目前正在研究这两个文档:

我很清楚,除了不知何故掌握了窍门的 LPC4088 微控制器之外,我还需要学习 ARM Cortex-M4 微处理器。我知道我应该将 ARM 异常向量放在程序的开头——通常在启动代码中。但我不知道该怎么做,因为我用微控制器得到的是 已经编译的启动代码 (目标文件),它大概定义了异常向量,为 C 设置堆栈的重置处理程序和然后跳转到用户编写的C源代码中的函数main()

在使用GCC ARM编译器编译我的程序后,我总是得到这个提示,这一定也是我不明白的线索,因为我对ARM mcpu的直接经验不足:

*****
***** You must modify vector checksum value in *.bin and *.hex files.
*****

我正在考虑使用 Segger Jlink 反向工程启动代码并在那里修复异常向量,但除了编写我自己的开源启动代码之外肯定还有其他方法......那么你有什么建议或对我来说更好的例子。


ADD: 真是苦苦寻找,没有得到启动代码的源码。这是我得到的:

因此,以某种方式操纵向量的唯一方法必须隐藏在链接描述文件中,这是唯一仍然是源代码的部分,它看起来像这样:

/* Linker script for mbed LPC1768 */

/* Linker script to configure memory regions. */
MEMORY
{
  FLASH (rx) : ORIGIN = 0x00000000, LENGTH = 512K
  RAM (rwx) : ORIGIN = 0x100000E8, LENGTH = (64K - 0xE8)

  USB_RAM(rwx) : ORIGIN = 0x20000000, LENGTH = 16K
  ETH_RAM(rwx) : ORIGIN = 0x20004000, LENGTH = 16K
}

/* Linker script to place sections and symbol values. Should be used together
 * with other linker script that defines memory regions FLASH and RAM.
 * It references following symbols, which must be defined in code:
 *   Reset_Handler : Entry of reset handler
 * 
 * It defines following symbols, which code can use without definition:
 *   __exidx_start
 *   __exidx_end
 *   __etext
 *   __data_start__
 *   __preinit_array_start
 *   __preinit_array_end
 *   __init_array_start
 *   __init_array_end
 *   __fini_array_start
 *   __fini_array_end
 *   __data_end__
 *   __bss_start__
 *   __bss_end__
 *   __end__
 *   end
 *   __HeapLimit
 *   __StackLimit
 *   __StackTop
 *   __stack
 */
ENTRY(Reset_Handler)

SECTIONS
{
    .text :
    {
        KEEP(*(.isr_vector))
        *(.text*)

        KEEP(*(.init))
        KEEP(*(.fini))

        /* .ctors */
        *crtbegin.o(.ctors)
        *crtbegin?.o(.ctors)
        *(EXCLUDE_FILE(*crtend?.o *crtend.o) .ctors)
        *(SORT(.ctors.*))
        *(.ctors)

        /* .dtors */
        *crtbegin.o(.dtors)
        *crtbegin?.o(.dtors)
        *(EXCLUDE_FILE(*crtend?.o *crtend.o) .dtors)
        *(SORT(.dtors.*))
        *(.dtors)

        *(.rodata*)

        KEEP(*(.eh_frame*))
    } > FLASH

    .ARM.extab : 
    {
        *(.ARM.extab* .gnu.linkonce.armextab.*)
    } > FLASH

    __exidx_start = .;
    .ARM.exidx :
    {
        *(.ARM.exidx* .gnu.linkonce.armexidx.*)
    } > FLASH
    __exidx_end = .;

    __etext = .;

    .data : AT (__etext)
    {
        __data_start__ = .;
        Image$$RW_IRAM1$$Base = .;
        *(vtable)
        *(.data*)

        . = ALIGN(4);
        /* preinit data */
        PROVIDE (__preinit_array_start = .);
        KEEP(*(.preinit_array))
        PROVIDE (__preinit_array_end = .);

        . = ALIGN(4);
        /* init data */
        PROVIDE (__init_array_start = .);
        KEEP(*(SORT(.init_array.*)))
        KEEP(*(.init_array))
        PROVIDE (__init_array_end = .);


        . = ALIGN(4);
        /* finit data */
        PROVIDE (__fini_array_start = .);
        KEEP(*(SORT(.fini_array.*)))
        KEEP(*(.fini_array))
        PROVIDE (__fini_array_end = .);

        . = ALIGN(4);
        /* All data end */
        __data_end__ = .;

    } > RAM


    .bss :
    {
        __bss_start__ = .;
        *(.bss*)
        *(COMMON)
        __bss_end__ = .;
        Image$$RW_IRAM1$$ZI$$Limit = . ;
    } > RAM


    .heap :
    {
        __end__ = .;
        end = __end__;
        *(.heap*)
        __HeapLimit = .;
    } > RAM

    /* .stack_dummy section doesn't contains any symbols. It is only
     * used for linker to calculate size of stack sections, and assign
     * values to stack symbols later */
    .stack_dummy :
    {
        *(.stack)
    } > RAM

    /* Set stack top to end of RAM, and stack limit move down by
     * size of stack_dummy section */
    __StackTop = ORIGIN(RAM) + LENGTH(RAM);
    __StackLimit = __StackTop - SIZEOF(.stack_dummy);
    PROVIDE(__stack = __StackTop);

    /* Check if data + heap + stack exceeds RAM limit */
    ASSERT(__StackLimit >= __HeapLimit, "region RAM overflowed with stack")


    /* Code can explicitly ask for data to be 
       placed in these higher RAM banks where
       they will be left uninitialized. 
    */
    .AHBSRAM0 (NOLOAD):
    {
        Image$$RW_IRAM2$$Base = . ;
        *(AHBSRAM0)
        Image$$RW_IRAM2$$ZI$$Limit = .;
    } > USB_RAM

    .AHBSRAM1 (NOLOAD):
    {
        Image$$RW_IRAM3$$Base = . ;
        *(AHBSRAM1)
        Image$$RW_IRAM3$$ZI$$Limit = .;
    } > ETH_RAM
}

还有一个看起来像这样的 makefile,它提供了我在每次编译结束时得到的提示:

# This file was automagically generated by mbed.org. For more information, 
# see http://mbed.org/handbook/Exporting-to-GCC-ARM-Embedded

GCC_BIN = 
PROJECT = executaable
OBJECTS = ./main.o 
SYS_OBJECTS = ./mbed/TARGET_LPC4088/TOOLCHAIN_GCC_ARM/startup_LPC408x.o ./mbed/TARGET_LPC4088/TOOLCHAIN_GCC_ARM/retarget.o ./mbed/TARGET_LPC4088/TOOLCHAIN_GCC_ARM/system_LPC407x_8x_177x_8x.o ./mbed/TARGET_LPC4088/TOOLCHAIN_GCC_ARM/board.o ./mbed/TARGET_LPC4088/TOOLCHAIN_GCC_ARM/cmsis_nvic.o 
INCLUDE_PATHS = -I. -I./mbed -I./mbed/TARGET_LPC4088 -I./mbed/TARGET_LPC4088/TOOLCHAIN_GCC_ARM -I./mbed/TARGET_LPC4088/TARGET_NXP -I./mbed/TARGET_LPC4088/TARGET_NXP/TARGET_LPC408X -I./mbed/TARGET_LPC4088/TARGET_NXP/TARGET_LPC408X/TARGET_LPC4088 
LIBRARY_PATHS = -L./mbed/TARGET_LPC4088/TOOLCHAIN_GCC_ARM 
LIBRARIES = -lmbed 
LINKER_SCRIPT = ./mbed/TARGET_LPC4088/TOOLCHAIN_GCC_ARM/LPC4088.ld

############################################################################### 
AS      = $(GCC_BIN)arm-none-eabi-as
CC      = $(GCC_BIN)arm-none-eabi-gcc
CPP     = $(GCC_BIN)arm-none-eabi-g++
LD      = $(GCC_BIN)arm-none-eabi-gcc
OBJCOPY = $(GCC_BIN)arm-none-eabi-objcopy
OBJDUMP = $(GCC_BIN)arm-none-eabi-objdump
SIZE    = $(GCC_BIN)arm-none-eabi-size

CPU = -mcpu=cortex-m4 -mthumb -mfpu=fpv4-sp-d16 -mfloat-abi=softfp
CC_FLAGS = $(CPU) -c -g -fno-common -fmessage-length=0 -Wall -fno-exceptions -ffunction-sections -fdata-sections -fomit-frame-pointer
CC_FLAGS += -MMD -MP
CC_SYMBOLS = -DTARGET_LPC4088 -DTARGET_M4 -DTARGET_CORTEX_M -DTARGET_NXP -DTARGET_LPC408X -DTOOLCHAIN_GCC_ARM -DTOOLCHAIN_GCC -D__CORTEX_M4 -DARM_MATH_CM4 -D__FPU_PRESENT=1 -DMBED_BUILD_TIMESTAMP=1429428454.91 -D__MBED__=1 

LD_FLAGS = $(CPU) -Wl,--gc-sections --specs=nano.specs -u _printf_float -u _scanf_float -Wl,--wrap,main
LD_FLAGS += -Wl,-Map=$(PROJECT).map,--cref
LD_SYS_LIBS = -lstdc++ -lsupc++ -lm -lc -lgcc -lnosys

ifeq ($(DEBUG), 1)
  CC_FLAGS += -DDEBUG -O0
else
  CC_FLAGS += -DNDEBUG -Os
endif

all: $(PROJECT).bin $(PROJECT).hex 

clean:
    rm -f $(PROJECT).bin $(PROJECT).elf $(PROJECT).hex $(PROJECT).map $(PROJECT).lst $(OBJECTS) $(DEPS)

.s.o:
    $(AS) $(CPU) -o $@ $<

.c.o:
    $(CC)  $(CC_FLAGS) $(CC_SYMBOLS) -std=gnu99   $(INCLUDE_PATHS) -o $@ $<

.cpp.o:
    $(CPP) $(CC_FLAGS) $(CC_SYMBOLS) -std=gnu++98 -fno-rtti $(INCLUDE_PATHS) -o $@ $<


$(PROJECT).elf: $(OBJECTS) $(SYS_OBJECTS)
    $(LD) $(LD_FLAGS) -T$(LINKER_SCRIPT) $(LIBRARY_PATHS) -o $@ $^ $(LIBRARIES) $(LD_SYS_LIBS) $(LIBRARIES) $(LD_SYS_LIBS)
    @echo ""
    @echo "*****"
    @echo "***** You must modify vector checksum value in *.bin and *.hex files."
    @echo "*****"
    @echo ""
    $(SIZE) $@

$(PROJECT).bin: $(PROJECT).elf
    @$(OBJCOPY) -O binary $< $@

$(PROJECT).hex: $(PROJECT).elf
    @$(OBJCOPY) -O ihex $< $@

$(PROJECT).lst: $(PROJECT).elf
    @$(OBJDUMP) -Sdh $< > $@

lst: $(PROJECT).lst

size:
    $(SIZE) $(PROJECT).elf

DEPS = $(OBJECTS:.o=.d) $(SYS_OBJECTS:.o=.d)
-include $(DEPS)

好的,我花了几分钟。检查此 zip 中的项目之一。有各种启动代码。顺便说一句:自己编写并没有那么复杂。大多数时候,无论如何都必须为 "real" 个项目修改它。

zip 来自此page。第二个 zip 可能包含 liker 文件,但可能不适用于 gcc(不过 "keil" 可能是一个好的开始)。但是你已经有一个可以开始了。

我刚刚看过 periph_blinky。请注意,启动始终必须与链接描述文件相对应,因为有一些特殊部分。对于阅读,我建议查看 binutils 文档,当然还有 gcc 文档。

还应该有一些库,正如我在 CMSIS 函数的评论中所述,以及 header 与 MCU 定义。 CMSIS 的东西也可以从 ARM 获取,但可能需要一些调整来适应实际的实现(MPU 区域的数量等)。

哦,我建议不要使用供应商库进行外设访问。它们可能被称为 "standard",但实际上并非如此,但大多数时候都包含大量膨胀,例如 run-time 初始化(对每个成员使用单独的写入!),这些结构永远不会改变。不确定恩智浦,但 STM 提供了我见过的最糟糕的 "std" 库之一。

快速浏览问答。首先为什么你认为你需要为 uart 中断?到目前为止,我从未遇到过这样一个需要的野兽,也许你有一个想要的用例,但是需要?

我有很多示例,全是裸机,没有 hal 或标准库等。在 github 搜索 thumbulator,然后从那里横向移动以查看一些。我很少使用中断,但为了举例,我可能在某个地方做了一些。

如评论和 arm 文档中所述,只需尝试一下,您就会发现对于 cortex-m,堆栈指针可以由硬件根据向量中的第一个条目设置 table,从那里你不必为中断或异常而弄乱它。这不是一个全尺寸的手臂如何与它的许多堆栈一起工作,所有这些都必须设置。

cortex-m 是这样的,如果您的编译器符合 (E)ABI,您可以用 C 函数的地址填充向量 table。使用 gcc 会。可能需要进行一些组装,但没有您在其他地方处理的那么多。

arm 制造内核而不是芯片,因此 arm 文档只能让您了解内核的边缘,其余部分来自芯片供应商并且可能差异很大,例如如何启用和清除中断。