關鍵詞：嵌入式系統;IAR;ARM;中斷控制
引言
在項目開發,特別是中小型項目開發中,為了降低開發難度和開發成本,常選擇不加載操作系統的方案。本文選擇IAR嵌入式開發平臺,在不加載操作系統的前提下,使用C語言（約95％）和匯編語言（約5％）,對以ATMEL公司的AT91M40800芯片（ARM7TDMI內核）為主芯片的工業控制系統進行了軟件開發。
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硬件構架
系統的整體硬件框架如圖1所示,該系統基本包括了目前工業控制系統所需要的各種功能,其軟件開發十分具有代表性。
IAR集成開發環境
IAR開發平臺是瑞典IAR公司開發的基于最新C/C++編譯和調試技術的綜合開發平臺。該平臺是一套完整的集成開發環境,可以完成創建工程、編輯文件、編譯、匯編、連接和調試應用程序的所有工作;同一個工作空間可放多個工程;可針對單個源文件,一組源文件或者全部源文件進行配置;提供工程模板,支持幾乎所有ARM內核;提供ANSI標準C編譯器、ISO/ANSI C 和嵌入式C++庫;支持包括Wiggler JTAG接口等多種JTAG;提供了多種代碼優化方式。
IAR生成的目標代碼分為調試版本（Debug）和發行版本（Release）兩種。其中Debug目標代碼的地址定義在SRAM中,將被下載到SRAM中執行;Release目標代碼的地址定義在Flash中,最終大部分在Flash中執行。在程序編譯之前需要根據模板編寫Debug.xcl和Release.xcl這兩個內存分配文件。在IAR提供的工程模板基礎上,需要修改的地方有：
-DROMSTART=2000000
-DROMEND=200FFFF
//ROM的地址段
-Z(CODE)INTVEC=00-3F
-DRAMSTART=2010000
-DRAMEND=207FFFF
//RAM的地址段
-D_USR_STACK_SIZE=20000
//棧的大小
-D_SVC_STACK_SIZE=50
-D_FIQ_STACK_SIZE=100
-D_ABT_STACK_SIZE=50
-D_UND_STACK_SIZE=50
-D_IRQ_STACK_SIZE=1000
-D_HEAP_SIZE=2000
//堆的大小
啟動代碼設計
通常C語言是從main函數開始執行的,在沒有操作系統的情況下,對main函數的初始化工作由啟動代碼來完成,包括硬件初始化、堆棧初始化、各種寄存器的初始化等。
在完成所有的初始化工作以后,用一條跳轉指令進入C程序的main函數,程序的控制權轉移到C程序。
驅動程序設計
系統的軟件框架如圖2所示。驅動程序包括設備驅動程序、中斷程序以及中斷服務程序。首先以Flash驅動設計為例。根據Flash的Datasheet及硬件設計,有以下定義：
#define FLASH_BASE ((volatile USHORT *)(0x01000000))
/*FLASH的基地址*/
/*定義flash的操作代碼*/
#define FLASH_SEQ_ADD1 (0x5555)
#define FLASH_SEQ_ADD2 (0x2AAA)
#define FLASH_CODE1 ((USHORT)(0xAA))
#define FLASH_CODE2 ((USHORT)(0x55))
#define ID_IN_CODE ((USHORT)(0x90))
#define ID_OUT_CODE ((USHORT)(0xF0))
#define WRITE_CODE ((USHORT)(0xA0))
#define CHIP_ERASE_CODE ((USHORT)(0x10))
然后編寫FLASH功能函數。下面的函數用于驗證FLASH的設備ID號：
-ramfunc-farfunc BOOL FLASH_Test(void)
{
//輸入命令序列,manuf_code表示生產編號,device_code表示設備編號
USHORT manuf_code,device_ code;
*(FLASH_BASE + FLASH_ SEQ_ADD1) = FLASH_CODE1;
*(FLASH_BASE + FLASH_ SEQ_ADD2) = FLASH_CODE2;
*(FLASH_BASE + FLASH_ SEQ_ADD1) = ID_IN_CODE;
//讀取生產編號和設備編號
manuf_code = *FLASH_BASE ;
device_code = *(FLASH_BASE + 1) ;
//退出產品認證模式
*(FLASH_BASE + FLASH_ SEQ_ADD1) = ID_OUT_CODE;
//判斷讀出的生產編號和設備編號是否正確
return ((manuf_code== 0x001f)&&(device_code==0x00c0));
}
中斷發生時,ARM內核運行狀態會由一般模式（System & User）進入其它幾種模式（包括FIQ、IRQ等）,因此需要保護正在運行的現場（r0~r12通用寄存器）,同時將ARM狀態寄存器（CPSR和SPSR）入棧。中斷程序使用匯編語言保護寄存器,而中斷服務程序可以使用C語言編寫。這里以控制步進電機運動的定時器中斷為例：
tc0_handler
stmfd sp!, {r14}
;保護寄存器入棧
mrs r14, SPSR
stmfd sp!, {r14}
mrs r14, CPSR
stmfd sp!, {r0-r12,r14}
IMPORT Interrupt_Tc0
ldr r0,=Interrupt_Tc0
;此處跳轉進入C語言中斷服務程序Interrupt_Tc0( )
mov lr,pc
bx r0
IntExit
;中斷服務程序完畢
ldmia sp!,{r0-r12,r14}
;恢復現場
msr CPSR_cxsf, r14
ldmia sp!,{r14}
msr SPSR_cxsf,r14
ldmia sp!, {r14}
subs pc,lr,#4
值得注意的是,ARM的除法運算采用軟件除法方式,會用到r14寄存器,所以也必須加以保護,在中斷服務程序完畢后恢復現場,將寄存器依次出棧。
結語
在本系統的開發過程中有如下體會：
1、盡量少用占用大量存儲空間的變量（如int buffer[4096]）,系統開銷太大,可能造成系統崩潰。
2、慎重使用malloc()這樣的內存分配函數。如果使用,一定要在使用完畢后調用free()函數釋放內存空間,否則容易造成內存泄漏,甚至系統崩潰。
3、要注意IAR編譯器的所有警告信息,仔細查看警告信息的意義。
4、一些經常調用且需要快速處理的模塊,考慮使用匯編完成。
5、生成 Release版本目標代碼時,Release目錄下的exe目錄內即為目標文件,而List目錄內的*.map文件包含了目標文件內存分配的具體情況,可以根據里面的信息判斷內存分配是否存在問題。
按照以上開發方式開發出的某款工控產品,經過了嚴格測試后,已經推向市場,其可靠性和穩定性均得到了驗證