SH-3系列单片机的程序设计关键技术 - 单片机/处理器 - 电子

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SH-3是Renesas公司SupezH系列的高端32位RISC构架单片机系列，具有低功耗、高性能、集成MMU、cache和电源管理模块等特点，处理速度为60～260MIPs。SH-3包括SH7705、SH7708、SH7709、SH7727、SH7729等单片机，广泛应用于彩色打印机、扫描仪、DVD解码器等高端数码设备上。SH7709S是SH-3系列中有代表性的一款单片机，文中介绍方法均在SH7709S的系统中得到验证。 　　

主要介绍程序设计时三个关键部分：建立中断处理程序结构、初始化C程序中赋初始值的变量和上电初始化流程。
　　
1 建立中断处理程序结构
　　
SH-3的中断处理方式与一般处理器不同，没有固定的中断向量表，比较灵括，用户可以在存储器中建立上述仅是对P09702的基本应用。通过该文介绍的方法，并结合SSDl303的指令集，读者将能够对P09702应用自如。一个处理异常事件(Exeeplaon events)的程序结构，作为中断向量表。
　　
SH-3把异常分为三类：复位(Reset)、普通异常事件(General excephon events)和中断请求(General intemapt requests)，复位包括上电、手动和H—UDI复位，异常事件主要包括非法指令、地址错误等，中断请求主要包括模块中断、外部中断等。每种中断都包含若干中断源，每种中断源对应INTEVT和IMEVT2寄存器中不同的异常码。发生复位时，程序会跳到地址AO000000H执行，发生异常事件和中断请求时，程序会跳转到由向量基址寄存器VBR加不同偏移量决定的地址。不同的异常事件和中断请求对应不同的偏移量。异常事件对应的偏移量是100H，其中因TLB寄存器产生的两种异常对应的偏移量是400H，所有中断请求对应的偏移量都是600H。初始化时，要把对应的中断处理程序放到相应的地址．如图l所示。重置引导程序段(Starl段)应放在地址A00000000H的内存，当VBR=A0000000H时，异常事件处理程序段(GEEntry段)放在VBR+100H=A0000100H处，TLB异常处理程序段(TLBEntry段)放在VBR+400H=A0000400H处，中断请求处理程序段(INTEntry)放在VBR+600H=A0000600H处。系统给这几个程序段分布的空间比较小，最大不超过1KB，其主要功能是保存CPU寄存器，然后跳转到异常码判断程序，由判断程序找出中断源，并执行相应的处理程序。

　　
GEEntry、TLBEntry与INTEntry的处理过程类似。下面以TLB异常为例来说明这一处理过程。当发生TLB异常时，程序跳转到VBR+400H地址。进入TLBEntry，首先把所有CPU寄存器保存到堆栈中(R15是堆栈指针)，保存完毕后，跳转到异常码判断程序TLBHandler，由TLBHandlei判定中断源，并执行相应的处理程序。
　　·SECTION TLBEntry，CODE，ALIGN=4
　　·EXPORT_ TLBEntry
　　
下面是用C编写的TLBHandler程序，该程序位于P段，与TLBEntry段所在的数据段不同(图1)。TLBHandler根据INTC.EXPEVT(定义在7709s.h)的值判断是哪种_TLB异常，并跳转到相应的处理程序中执行。

　　
2 初始化C程序中赋有初始值的变量
　　
编译器把编译后的C程序主要分为(见图1)：代码段(P)、常量段(C)、初始化数据段(D)、末初始化变量段(B)、D段对应在RAM中的数据段(R)和堆栈段(S)。其中P、C和D段在ROM中，B、R和S段在RAM中。D段中保存的是在定义时已经初始化变量的初值，例如按如下定义的变量a。
　　
int i="l"：
　　
编译器实际上为初始化的变量分配了两块空间，在ROM中的D段和在RAM中的R段，D段保存的是变量的初始值，而变量对应的地址在R段。上电后，需要把D段中的数据搬到R段中，这是嵌入式系统初始化过程中非常重要的一部分。B段中保存的是未赋初值的变量，例如按如下定义的变量b。
　　
int b：
　　
可以在开始时把B段中变量全部初始化为0。首先要给出D、R和B段的起始和结束地址，如下：

　　
然后在初始化过程中把D段中的初始值搬运到R段，并给B段中变量赋一个初始值。下面是用C编写的程序。

　　
3 上电初始化过程
　　
SH-3上电初始化过程如图2中所示，按箭头指向的顺序进行，同一级中各个部分初始化时无先后顺序。


上电后，先使状态寄存器SR中阻塞位BL=1，禁示接受异常和中断，再开始初始化过程。系统时钟由上电时。MD0、MDl、MD2的电平和FRQCR寄存器的设置来决定，跳线选择时钟源和总线时钟倍频，FRQCR设置内核和外设时钟倍频。 　　

SH-3的地址空间一般分为7个区，Area0-Area6，每区占64MB的地址，Areal由系统使用，其他6个区由用户使用。Area0-Area6(除ATeal)都能接普通的ROM和RAM，每区可以分别设置从8～32bit的总线位宽和读写等待周期数，此外Area2和Area3有SDRAM接口，Aera5和Area6有PCMCIA和burst ROM接口。Aera0的总线位宽由上电时管脚MD3、MD4电平决定，其他几个区中总线宽度由总线状态控制器BSC(Bus State Controller)中寄存器设定。初始化BSC要设定每个区接入的存储器类型、总线位宽和读写等待周期，如果在Area2或Area3接有SDRAM，还要初始化BSC中的SDRAM控制器。
　　
SH-3内置有缓存，可以通过CCR寄存器设置成Write-through(直接写到内存中)和Write-back(先写到Cache中)两种使用摸式。设置成Write-back模式会显著提升系统的速度。没有专用的堆栈指针SP，用R15代替。初始化R15后，一般不要在程序中改变R15的值。
　　
D段到R段的数据搬运和初始化VBR在1、2部分中已详细介绍。SH-3的可屏蔽中断分为O~15个优先级，只有优先级高于SR中断屏蔽位IO~13的中断才能被响应。在初始化时，要给使用到的中断设定优先级。之后是用户初始化使用到功能模块。
　　
完成初始化后，解除中断屏蔽，把SR中BL位设为0，跳转到用户程序(一般是C语言中的main()函数)，初始化过程完成。