MIPS

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了MIPS相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

 
MIPS
前言
很久没和硬件打交道了,花了些时间来学习mips,确也收获了不少,拿出来和大家共享,其中会有理解有误或不
完整的地方,还请大家积极指出,共同进步。

1、概述
au1500是amd公司生产的一款遵循MIPS32体系结构的SOC类的微处理器,属于RISC结构,我们采用的是主频为396
(400)MHz的产品。pb1500是alchemy公司针对au1500cpu生产的一款开发板。

2、特点
au1500:32个通用寄存器($0-$31),三个专用寄存器(hi,lo,pc),没有浮点运算的寄存器,浮点运算单元是
用软件来模拟的。处理器内还集成了ac'97声卡,2个以太网控制器,usb控制器,2个uart控制器,静态存储控制
器,动态存储控制器,EJTAG(用于调试)。

pb1500:板上安装了两组flash,共64M;SDRAM64M;2个ide接口,声卡I/O接口,USB接口,RJ45,LED显示,串口,
显示器接口,一个PCI插槽,一个PCMCIA接口,LCD接口。

3、编程模型

3.1 指令
AU1500的指令兼容MIPS32指令集,每条指令占4字节,指令的边界对齐要求很严格。另外我在MIPS32的指令集中
未找到LI,LA,MOVE,但是,在YAMON的原码中用的很多,不知道为什么?有篇资料讲了。
1)LI用于将一个立即数存入一个通用寄存器
2)LA用于将一个地址(通常是一个标签)存入一个通用寄存器
3)MOVE用于将一个寄存器的值存入另一个寄存器
知道为什么mips32中没有了,li,la,move指令是as汇编编译器增加的,分别对应在addiu,addiu,addu命令上,在
反汇编的时候可以看到相应的改变。其余的指令均可以在MIPS32指令集的说明文档中找到详细说明。

CODE
3.2 寄存器
1)通用寄存器$0-$31
-----------------------------------------------------------------------------------------
| 寄存器  | 别名  |               主要用途                                              |
-----------------------------------------------------------------------------------------
|$0       |       |  值总是为0,可能主要用途是清空内存地址空间,以及做一些与或非        |
|         |       |       的操作,访问速度快。                                          |
-----------------------------------------------------------------------------------------
|$1       | $AT   |  是为编译器保留的寄存器                                             |
-----------------------------------------------------------------------------------------
|$2..$3   | V0..V1|  保存函数返回值用                                                   |
-----------------------------------------------------------------------------------------
|$4..$11  | A0..A7|  函数调用时传递参数,可以传递8个整型参数                            |
-----------------------------------------------------------------------------------------
|$12..$15 | T0..T3|  临时寄存器,用于保存临时变量的值,也是用的最多的寄存器             |
-----------------------------------------------------------------------------------------
|$16..$23 | S0-S7 |  他们的值在过程调用的时候保持不变,可以用于传递参数或者返回值       |
-----------------------------------------------------------------------------------------
|$24..$25 | T8..T9|  临时寄存器,用于保存临时变量的值,也是用的最多的寄存器             |
-----------------------------------------------------------------------------------------
|$26..$27 | K0..K1|  保留给操作系统内核使用                                             |
-----------------------------------------------------------------------------------------
|$28      | GP    |  保存全局指针                                                       |
-----------------------------------------------------------------------------------------
|$29      | SP    |  保存堆栈指针                                                       |
-----------------------------------------------------------------------------------------
|$30      | FP或S8|  保存帧指针,也可以和S0..S7一样使用                                 |
-----------------------------------------------------------------------------------------
|$31      | RA    |  保存返回地址                                                       |
-----------------------------------------------------------------------------------------

2)专用寄存器
HI和LO主要用于地址转换使选择页面,PC是指令计数器。

3)控制寄存器
在au1500中有很多的控制寄存器,象串口、网卡、时钟、中断、PCI,内存、DMA等等的设置都是通过这些寄存
器来完成的,这些寄存器的操作是通过内存中特定的地址空间来进行的,读或写这些地址空间就是读取或设
置相应寄存器的值。
-----------------------------------------------
|      控制器           |        基地址       |
-----------------------------------------------
|内存控制器(FLASH,SDRAM)|       0xB4000000    |
-----------------------------------------------
|PCI控制器              |       0x014005000   |
-----------------------------------------------
|DMA控制器              |       0xB4002000    |
-----------------------------------------------
|中断控制器1            |       0xB0400000    |
-----------------------------------------------
|中断控制器2            |       0xB1800000    |
-----------------------------------------------
|AC97的                 |       0XB0000000    |
-----------------------------------------------
|USB HOST               |       0XB0100000    |
-----------------------------------------------
|USB DEVICE             |       0XB0200000    |
-----------------------------------------------
|Ethernet MAC0          |       0XB1500000    |
-----------------------------------------------
|Ethernet MAC1          |       0XB1510000    |
-----------------------------------------------
|UART0                  |       0XB1100000    |
-----------------------------------------------
|UART3                  |       0XB1400000    |
-----------------------------------------------
|GPIO2                  |       0XB1700000    |
-----------------------------------------------
|系统控制(CLOCK,POWER)  |       0XB1900000    |
-----------------------------------------------

3.3 内存
内存分为静态存储(FLASH/ROM),动态存储(SDRAM,SYNCFLASH)。
AU1500的虚地址空间有4G,物理地址空间有512M。
内存的CSBA和CSMASK是在系统初始化的时候设定的。

 虚拟地址空间                                             物理地址空间
|-------------|0xffffffff              //------------|-------------|0x1fffffff
|             |                        |      /|/    |    bootzone |
|             |                        |       |     |  ---->0x1fc00000启动地址
|             |                        |       |     | 32M flash1  |
|             |                        |       |     |             |
|  kseg3      |通过MMU映射为物理地址使用|      |     |  -----------0x1e000000
|             |                        |       |     |    bootzone |
|             |                        |       |     |  ---->0x1dc00000启动地址
|             |                        |       |     | 32M flash0  |
|             |                        |       |     |             |
|-------------|0xe0000000              |       |     |-------------|0x1c000000
|             |                        |       |     |             |
|  kseg2      |通过MMU映射为物理地址使用|      |     |             |
|             |                        |       |     |             |
|             |0xc0000000              |       |     |             |
|-------------|0xbfffffff------------->|       |     |-------------|0x04000000
|  |         |     |             |
|  kseg1      |直接对应为物理地址使用        |     |  64M SDRAM  |
|             |                                |     |             |
|-------------|0xa0000000--------------------------->|-------------|0x00000000
|             |0x9fffffff--------------------->|    /|/
|             |                                      |
|  kseg0      |直接对应为物理地址使用                |
|             |                                      |
|-------------|0x80000000--------------------------->|
|             |
|  kuseg      |映射为物理地址使用
|             |
|-------------|0x00000000

3.4 启动
PB1500启动所选择的FLASH可以通过开关S13来选择两组中的一组,分别对应物理基地址0x1fc00000和
0x1dc00000.
系统加电的时候cpu就从此地址处开始读入代码执行。此地址也就是系统异常处理向量表的第一项
(reset)。

3、bootloader
PB1500自带一个引导程序YAMON,同时YAMON还完成一些系统配置和程序调试的功能。再启动过程中主要
涉及的yamon的几个主要文件依次为:reset.S-->reset_pb1500.S-->init.S-->main.c-->shell_init.c
下面对yamon的启动流程做一个简要的说明:(详细的注释可以查看相关文件的注释)
0xbfc00000   系统的第一条指令,无他,和许多系统的一样,跳!b reset_au1xxx,跳到了标号
reset_au1xxx促 执行,此标号处是个include指令,系统随即进入了reser_pb1500中,那reset.S作了什
么?原来reset设置了系统的一些参数和一些入口地址,象异常处理,中断,shell函数入口等。以便下面
的程序执行时出现异常有地方可去,不至于莫名其妙的死掉。reset_pb1500.S完成了系统的大部分初始
化工作,设置寄存器,初始化cpu,初始化SDRAM,初始化FLASH等,然后回到reset.S,reset.S剩下的代
码没几行,主要是根据cpu的endian mode来决定接下来跳转的函数,_reset_handler_be/_reset_handler_le,
这两个标号再连接脚本中定义,分别指向两种mode下的入口函数的地址,0xbfc90000/0xbfc10000,此地
址也就是函数__reset_handler_end函数的地址,这个函数位于init.s文件中,此文件所作的工作是初始
化和pb1500以及yamon运行环境相关的一些环境,包括cpu,cache,mem,stack,uart等,然后调用了系统的
第一个c函数,终于熬出苦海了:-),main.c函数还是在设置系统环境,不知道哪里有这么多的东西要设
置,最后调用shell_setup函数,进入shell_init.c文件,此文件准备了shell的环境,终于我们期待已
久的提示符  YAMON>出现了。

下面按指令的顺序开始介绍:
0xbfc00000   jump to reset_au1x00
            3个nop
            板子id
            nop
            1个测试数据
0xbfc00400   异常处理的入口,进入中断或死循环
0xbfc00480   EJTAG的处理
0xbfc00500   shell函数的入口,22个表项
0xbfc00558   reset_pb1x00
            设置cpu的endian mode
            设置cp0的状态
            失效watchpoint
            失效性能计数器
            设置EJTAG寄存器
            设置CAUSE寄存器
            初始化cache,并转到cachable的内存中执行指令从kseg1-->kseg0
            初始化TLB
            设置cpu pll频率
            设置系统总线
            设置AUX PLL频率
            开始32KHz的震荡?
            初始化静态存储器
            设置外设
            探测reset的原因(硬件,睡眠,运行期)
            初始化动态存储器
            初始化外设
            到init.S中

init.S
            初始化cp0-cause寄存器
            探测板子
            初始化串口
            显示cpu信息
            初始化cpu
            初始化cache
            内存测试
            拷贝代码到ram中,并转到ram中继续执行
            拷贝数据
            设置堆栈
            设置系统信息和cache
            调用c_entry,进入main.c
main.c
            初始化平台相关的参数
            初始化模块
            参数优化
            设置loader的参数
            shell_setup

shell_init.c
             加载shell的函数
             加载shell命令
             进入shell循环:shell():YAMON>

yamon对于内核加载的完成步骤:
            使用load命令
            load命令调用loader函数
            loader函数从网络上通过tftp获取内核映象
            将映象存储在shell_load_addr全局变量中
            设置shell_load_addr_valid全局变量为true
            使用go命令
            go命令将shell_load_addr存储在cp0-epc寄存器中
            用break命令产生一个exception
            系统转到shell_load_addr去执行异常处理函数,也就是我们的内核的入口

 
 

以上是关于MIPS的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章