在KEIL中使用MDK-ARM開發(fā)cortex-m4

houxn22

最近在學(xué)習(xí)ARM公司新推出的cortex-m4系列的ARM芯片，選用的是飛思卡爾的K60系列，它采用的就是cortex-m4核心。cortex-m4比cortex-m3多了個dsp處理單元。增加了dsp單元的優(yōu)勢是顯而易見的：在涉及到大量的數(shù)學(xué)運算時可以采用dsp來處理，大大節(jié)約了運算時間和代碼量。（K60的浮點運算單元是個可選的部件，由于我拿到的K60還不支持FPU，所以下面涉及到的浮點調(diào)試只能用仿真的方式進行）

最新的KEIL MDK-ARM開發(fā)環(huán)境已經(jīng)增加了對cortex-m4的支持（我是用的是MDK-ARM Standard Version 4.20），包括仿真支持，也就是說即使你沒有拿到開發(fā)板也可以來學(xué)習(xí)cortex-m4. 在器件選擇中，這個版本已經(jīng)增加了飛思卡爾K60系列，在新建工程時可以選擇（我選擇了Freescale Semiconductor--MK60X256VMD100這個器件）。下面寫一下我自己的學(xué)習(xí)過程。

一、不使用K60的浮點運算單元。 

 在默認情況下，K60的浮點單元并沒有被打開，一切浮點運算還是軟件浮點。

①打開Keil uVision4，新建工程，選擇保存路徑，選擇器件，找到Freescale Semiconductor，展開，在最下面選擇MK60X256VMD100。程序問你是否添加這個系列的啟動代碼到工程中，選擇 是（如果沒有出現(xiàn)這個選項，可以自己在Keil的安裝目錄里找，自己添加，其路徑為C:\Keil\ARM\Startup\Freescale\K60）。這時一個新的工程就建好了，默認增加了startup_MK60N512MD100.s這個啟動文件。

 ②測試浮點運算。我們可以新建一個C文件，用來測試浮點運算使用的是軟浮點還是硬浮點。新建c文件里的代碼可以如下：

1. int main(void)
   
2. {
   
3.     float a=3.14259265357,b=12.98635463738,result;
   
4.     result=a*b*b;
   
5.     return result;
   
6.         
7. }
   
8. 
   
9. extern void SystemInit(void)
   
10. {
    
11.     int a=1;
    
12.     while(a) a--;
    
13. }

其中void SystemInit(void)這個函數(shù)是為了滿足啟動文件startup_MK60N512MD100.s中對SystemInit的調(diào)用，本來是對器件的初始化，這里只是做測試用，沒有實際內(nèi)容。（如果要得到完整的系統(tǒng)初始化函數(shù)，可以到Keil路徑C:\Keil\ARM\Startup\Freescale\K60下找到system_MK60N512MD100.c，K60的頭文件可以去Keil官方下載：http://www.keil.com/dd/chip/5359.htm）。  然后全部編譯，進入調(diào)試狀態(tài)，這里默認進入的是仿真調(diào)試。

在生成的匯編代碼中我們可以看到以下內(nèi)容：

0x000002B0 E92D41F0  PUSH          {r4-r8,lr}

     3:         float a=3.14259265357,b=12.98635463738,result; 

0x000002B4 480D      LDR           r0,[pc,#52]  ; @0x000002EC

0x000002B6 4604      MOV           r4,r0

0x000002B8 480D      LDR           r0,[pc,#52]  ; @0x000002F0

0x000002BA 4605      MOV           r5,r0

     4:         result=a*b*b; 

0x000002BC 4629      MOV           r1,r5

0x000002BE 4620      MOV           r0,r4

0x000002C0 F000F8A6  BL.W          _fmul (0x00000410)

可以看到，生成的匯編代碼并沒有使用浮點指令（一般是以V打頭），進行乘法運算是調(diào)用在0x00000410處的_fmul函數(shù)來實現(xiàn)的，找到_fmul這個函數(shù)，可以發(fā)現(xiàn)進行浮點運算是用軟件模擬的方式。

二、使用K60的浮點運算單元。

對于內(nèi)部有浮點運算單元的K60，不使用FPU就是一種資源浪費，所以要開啟它。由于默認并沒有開啟FPU運算，所以這里還有點小小的麻煩。

退出調(diào)試狀態(tài)，在菜單中選擇file--Device Database...，打開器件數(shù)據(jù)庫，找到 Freescale Semiconductor--MK60X256VMD100 雙擊，在Options:中第一行后面添加空格，后面加入FPU2，這一行的最后變?yōu)?font class="Apple-style-span" color="#008080">CPUTYPE("Cortex-M4") ESEL ELITTLE FPU2，點擊Update，再點擊close關(guān)閉。 這樣這個器件就修改好了。（注：為了防止把數(shù)據(jù)庫中的器件搞亂，可以自己新建一個分類，增加一個器件，把K60這個器件的內(nèi)容統(tǒng)統(tǒng)拷進這個新建的器件里，再在這個器件里面修改其屬性）

器件修改完以后，可以再新建一個Keil工程，跟前面一樣，選擇被修改過的K60，添加啟動代碼，添加上面的main函數(shù)。這時我們可以打開工程屬性窗口，看里面的設(shè)置：

Project--Options for Target 'Target1'...(或者直接按Alt+F7)，在Target選項卡中，在Code Generation區(qū)域可以找到Floating Point Hardware下拉框，默認選擇了Use FPU.

工作還沒有完成，cortex-m4在默認狀態(tài)下寄存器并沒有打開浮點運算，還要修改啟動代碼。在Reset_Handler函數(shù)中，找到 LDR     R0, =__main 這個代碼，在前面加入這幾行：

1. ; CPACR is located at address 0xE000ED88
2. LDR.W R0, =0xE000ED88
3. ; Read CPACR
4. LDR R1, [R0]
5. ; Set bits 20-23 to enable CP10 and CP11 coprocessors
6. ORR R1, R1, #(0xF << 20)
7. ; Write back the modified value to the CPACR
8. STR R1, [R0]

上面這段代碼設(shè)定寄存器開啟了浮點運算單元，否則在執(zhí)行浮點運算代碼時會發(fā)生HardFault。

重新編譯，進入調(diào)試狀態(tài)，這時可以發(fā)現(xiàn)生成的匯編代碼跟原來的不一樣了：

     3:         float a=3.14259265357,b=12.98635463738,result; 

0x000002B0 EDDF1A0E  VLDR          s3,[pc,#0x38]

0x000002B4 EEF00A61  VMOV.F32      s1,s3

0x000002B8 EDDF1A0D  VLDR          s3,[pc,#0x34]

0x000002BC EEB00A61  VMOV.F32      s0,s3

     4:         result=a*b*b; 

0x000002C0 EE601A80  VMUL.F32      s3,s1,s0

0x000002C4 EE611A80  VMUL.F32      s3,s3,s0

0x000002C8 EEB01A61  VMOV.F32      s2,s3

所有的浮點運算都是調(diào)用的硬件浮點運算指令，在Register觀察窗口中也多了個FPU寄存器列表。