义乌有什么企业网站吗,网络建设标准,施工企业资质证书有效期,广州建站培训学校本文任务#xff1a;为陌生的SoC平台编写基础软件#xff0c;适配 malloc() 函数
0 如何为SoC做ARM CPU适配
今时不同往日#xff0c;我们平时开发/娱乐接触到的消费级MCU/MPU基本山都是包含处理核与一系列外设的SoC。如果熟悉裸片开发#xff0c;一定会在厂家提供的标准…本文任务为陌生的SoC平台编写基础软件适配 malloc() 函数
0 如何为SoC做ARM CPU适配
今时不同往日我们平时开发/娱乐接触到的消费级MCU/MPU基本山都是包含处理核与一系列外设的SoC。如果熟悉裸片开发一定会在厂家提供的标准库或者SDK包里找到命名类似 startup.s 的汇编文件如果熟悉 Linux 移植则不难联想到 arch/arm/kernel 或者 arch/arm/boot 目录下也有类似的文件。
1 Start.s 是什么
startup.s 文件是引导程序的入口点通常包含引导加载程序需要执行的初始化代码。这些代码负责设置堆栈、加载内核映像到内存中以及跳转到内核入口点。该文件中常见的内容包括 中断向量和异常处理程序interrupt handlers操作系统需要处理各种中断和异常情况startup.s 文件通常包含中断向量表的定义和异常处理程序的初始化代码。它会设置和配置中断控制器并将中断向量指向相应的处理函数。 硬件初始化initstartup.s 文件可能包含对硬件设备的初始化代码例如启动时钟、初始化串口、启用内存管理单元MMU等。这些代码为操作系统提供了基本的硬件支持。 运行环境设置configstartup.s 文件可能包含设置运行环境所需的代码。例如它可以设置执行状态如处理器模式、特权级别等。还可能设置全局变量或数据结构来存储关键的运行时信息。 内核入口点entry point最后startup.s 文件通常将控制权传递给内核的入口函数。这个内核入口点是操作系统初始化的起点它接收传递的参数和启动信息并开始执行操作系统的初始化过程。
熟悉意法半导体的 STM32 微控制器的就知道类似于中断向量表这些最最最最最基本的配置一般都是放在 startup.s 里面的。宽泛地说所有围绕 startup.s 文件开展的工作就是芯片原厂需要做的 SoC 处理器软件适配具体到ARM Cortex-A则可以称作是 CPU软件适配。
2 需要考虑哪些问题
2.1 提供 malloc 函数实现
既然目标在是在裸核上调用 malloc()那首先得提供一个它的实现吧。
malloc 函数是 C 标准库中的动态内存分配函数。它用于在程序运行时从堆Heap中分配指定大小的内存块并返回该内存块的起始地址。
使用 malloc 函数可以动态地分配内存避免了在编译时静态地分配内存的限制。这对于需要在运行时根据需要分配或释放内存的情况非常有用。
malloc 函数的原型如下
void *malloc(size_t size);参数 size 指定所需内存块的大小以字节为单位。返回值是一个指向分配的内存块起始地址的指针类型为 void*。如果分配失败则返回 NULL。
malloc这种标准函数处理器厂商都会提供专门优化的实现比如 ARM 就针对 ARM 处理器提供买了MicroLib库。这是一个精简的 C 标准库包含常见的标准库函数例如内存分配和释放通过 malloc 和 free、字符串操作例如 strcpy 和 strlen以及输入输出函数如 printf 和 scanf。一般在IDE的工程属性设置中勾选包含即可。 2.2 提供入口点entry point
处理器上电以后从预定位置执行ROM程序而后跳转到RAM上指定位置执行应用程序虽然C程序的主流程在main函数中描述但无论是ROM还是RAM,第一条指令都不是main的入口那么就需要咱提供跳转到main函数的指令形如 .global main_app.balign 0x10
_reset:B main_app解析每条指令的含义如下
.global main_app: 这是一个指令宏用于声明 main_app 是一个全局标识符该标识符可以在其他文件中引用。
.balign 0x10: 这是对齐指令将下一个标签或指令地址对齐到 16 字节边界。这种对齐可能对于某些处理器或内存访问要求是必要的例如某些 ARM 处理器可能需要特定的对齐方式以获得最佳性能。
_reset:: 这是一个标签用于将 _reset 和下一个指令或数据相关联。标签可以用于跳转、调用或在汇编代码中创建有意义的位置。
B main_app: 这是无条件分支指令Branch将程序流转移到名为 main_app 的位置。B 指令将控制权直接跳转到指定的地址。
这段汇编代码的意图是通过 _reset 标签将程序引导到 main_app 代码的入口点。在 _reset 处执行一个无条件的分支指令 B将控制权转移到 main_app 标签/符号涉及编译原理处的代码。
2.3 初始化堆栈指针
跳转到main函数的最终目的是调用malloc函数而arm处理器上执行函数调用势必发生压栈、出栈等堆栈操作故而需要提前设置好堆栈于是我们修改 startup.s 为 .set stack_top, 0x2E009000.global main_app
.balign 0x10
_reset:ldr r3, stack_topmov sp, r3B main_app.set stack_top, 0x2E009000: 这是一个宏定义表示将标识符 stack_top 的值设置为 0x2E009000。在这里stack_top 被用来表示栈顶的地址即堆栈将会从这个地址开始增长。
ldr r3, stack_top: 这条指令将 stack_top 的值加载到寄存器 r3 中。
mov sp, r3: 这条指令将 r3 中的值移动到堆栈指针寄存器 sp 中。
2.4 整个程序应该放在什么地方运行
自然是RAM中啦软件设计人员应该找系统设计人员要一张系统架构图/地址分配表据之明确片上存储器的位置和存储容量然后才能确定如何编写链接文件。
啥是链接文件啊链接文件Linker file也称为链接脚本Linker script或连接器脚本是用于指导链接器Linker如何将多个目标文件Object file组合在一起以生成可执行文件的文本文件。
我们目前的地址分配表是这样的 可以看到 System RAM 的起始地址是0x2E000000存储容量是64KB这就是我们的程序在运行时所处的位置不考虑更上层的Cache和寄存器。大概划分一下用途前面 0x9000 的空间用来放指令从 0x200E9000 开始的空间则用作堆heap即 malloc 和 free 函数管理的空间。 对应的链接脚本可以写成
LOAD_REGION 0x2E000000 0x10000
{P0 0{start_up.o}P1 0{*(ro)*(rw, zi)}ARM_LIB_STACK 0 ALIGN 8 EMPTY 0x1000 {}ARM_LIB_HEAP 0x2E009000 EMPTY 0x7000 ; Heap region growing up{ }
}可视化的效果为
2.5 堆栈指针的初始值是怎么确定的
原则就一句话——只要保证栈不会和堆或者代码段发生交叠overlap就行。这里我把栈放在代码段后面0x200E9000之前故而初始值设为:
.set stack_top, 0x2E0090003 怎么验证适配效果
答案是不外乎仿真、实测、反汇编三板斧。
3.1 实测验证
前两个很明白写个测试程序看看适配的函数行为是否符合预期就行例如用下面这个程序测试 malloc 和 free
/** author water cutter* */
#include stdlib.hunsigned int* ptrs[32] {0};
unsigned int allocByteNum 1;void main_app(){ptrs[0] (unsigned int*)malloc(allocByteNum);ptrs[1] (unsigned int*)malloc(allocByteNum);ptrs[2] (unsigned int*)malloc(allocByteNum);free(ptrs);ptrs[3] (unsigned int*)malloc(allocByteNum);while(1){ asm(nop); }
}比较ptrs[2]和ptrs[3]的值一致则说明malloc和free功能正确保证所有分配的地址都在堆空间范围内的前提下 3.2 通过反汇编检验
将 .axf 或者 .out 文件反汇编在反汇编文件中找到对应的实现分析确认其功能正确即可。
free() 的反汇编 malloc() 的反汇编
源码
源码仓库soc_port_method
