Что такое cpu инициализация памяти

Обновлено: 07.07.2024

Инициализация памяти
Мало кто подозревает о том, что при включении в оперативке далеко не всегда все байты равны 0xFF. Они могут, но не обязаны. Равно как и регистры РОН не всегда равны нулю при запуске. Обычно да, все обнулено, но я несколько раз сталкивался со случаями когда после перезапуска и/или включения-выключения питания, микроконтроллер начинал творить не пойми что. Особнно часто возникает когда питание выключаешь, а потом, спустя некоторое время, пара минут, не больше, включаешь. А всему виной остаточные значения в регистрах.

Итак, возьмите себе за правило после каждого включения, в разделе инициализации, еще даже до инициализации стека, делать зануление памяти и очистку всех регистров. Разумеется делается это все в цикле. Вот примерный вариант кода:

RAM_Flush: LDI ZL,Low(SRAM_START) ; Адрес начала ОЗУ в индекс LDI ZH,High(SRAM_START) CLR R16 ; Очищаем R16 Flush: ST Z+,R16 ; Сохраняем 0 в ячейку памяти CPI ZH,High(RAMEND+1) ; Достигли конца оперативки? BRNE Flush ; Нет? Крутимся дальше! CPI ZL,Low(RAMEND+1) ; А младший байт достиг конца? BRNE Flush CLR ZL ; Очищаем индекс CLR ZH

Поскольку адрес оперативки у нас двубайтный, то мы вначале смотрим, чтобы старший байт совпал с концом, а потом добиваем оставшиеся 255 байт в младшем байте адреса.
Далее убиваем все регистры от первого до последнего. Все, контроллер готов к работе.

LDI ZL, 30 ; Адрес самого старшего регистра CLR ZH ; А тут у нас будет ноль DEC ZL ; Уменьшая адрес ST Z, ZH ; Записываем в регистр 0 BRNE PC-2 ; Пока не перебрали все не успокоились

За процедурку зануления регистров спасибо Testicq

Либо значения сразу же инициализируются нужными величинами. Но, обычно, я от нуля всегда пляшу. Поэтому зануляю все.

Спасибо. Вы потрясающие! Всего за месяц мы собрали нужную сумму в 500000 на хоккейную коробку для детского дома Аистенок. Из которых 125000+ было от вас, читателей EasyElectronics. Были даже переводы на 25000+ и просто поток платежей на 251 рубль. Это невероятно круто. Сейчас идет заключение договора и подготовка к строительству!
А я встрял на три года, как минимум, ежемесячной пахоты над статьями :)))))))))))) Спасибо вам за такой мощный пинок.

58 thoughts on “AVR. Учебный курс. Стартовая инициализация”

Такой метод инициализации катит только если у тебя переменные инициируются нулями. Но такое не всгеда бывает.

Как вариант, хранить во флеше слепок начальных значений переменных и копировать их. Или просто не забывать инициировать их по мере надобности.

А чистить регистры и место для стека считаю пустой тратой тактов =) Регистры ты так или иначе будешь инициировать по ходу дела, а стек у тебя изначально нулевой и при росте перекроет любые левые значения.

Ну так а что мешает потом забить переменные нужынми значениями. Все проще чем слепок памяти держать.

Не забывай, что я пишу на асме у меня часто регистры юзаются как статичные переменные. Т.е. очень часто какой либо регистр юзается только для одной конкретной цели.

Знаю. Я тоже пишу на асме. Но это тебя не освобождает от инициализации переменных =)

Тут фишка такая, когда ты используешь умолчальные инициализации, ты тереяшь в понятности кода.

Задание начальных значений переменным должно сидеть в подсознании, на чем бы не писал. В этом отношении хороши компиляторы семейства Паскалей. Например, в Дельфи компилятор постоянно предупреждает, если какая-то переменная может перед использованием иметь неопределенное значение, (например, значение задается в куске кода или цикле, который может в некоторых случаях не выполняться. Си в этом отношении не так строг, много чего пропускает, что потом сносит башку при отладке.
Вчера я начал писать программку уже для контроллера бамперов своего робота, и в самом начале, в процедуре инициализации, сразу поставил кусок (В ходовом контроллере тоже):

if PCON.1 = 0 then // Если был сброс по питанию, Очищаем память!
begin
FSR := $20; //Начало ОЗУ
while FSR < $40 do // Первые 32 байта.
begin
INDF := 0; // Очищаем память!
Inc(FSR);
end;
PCON.1 := 1;
end;
Т.Е. по холодному старту очищаю область памяти, используемую пока в программе, далее в программе тем переменным, которые должны быть отличны от нуля, присваиваются конкретные значения. Сначала хотел сделать этот кусок на асме, но потом посмотрел, как его расписал компилятор, и решил оставить на Паскале. Вот этот кусок после компиляции:

;ROBO_SWG_2.ppas,81 :: begin
;ROBO_SWG_2.ppas,82 :: if PCON.1 = 0 then // Если был сброс по питанию, Очищаем память!
$00FA $1303 BCF STATUS, RP1
$00FB $1683 BSF STATUS, RP0
$00FC $080E MOVF PCON, 0
$00FD $00F1 MOVWF STACK_1
$00FE $3000 MOVLW 0
$00FF $18F1 BTFSC STACK_1, 1
$0100 $3001 MOVLW 1
$0101 $00F1 MOVWF STACK_1
$0102 $0871 MOVF STACK_1, 0
$0103 $3A00 XORLW 0
$0104 $1D03 BTFSS STATUS, Z
$0105 $2910 GOTO ROBO_SWG_2_L_9
$0106 $ ROBO_SWG_2_L_8:
;ROBO_SWG_2.ppas,84 :: FSR := $20; //Начало ОЗУ
$0106 $3020 MOVLW 32
$0107 $0084 MOVWF FSR
;ROBO_SWG_2.ppas,85 :: while FSR < $40 do // Первые 32 байта.
$0108 $ ROBO_SWG_2_L_12:
$0108 $3040 MOVLW 64
$0109 $0204 SUBWF FSR, 0
$010A $1803 BTFSC STATUS, C
$010B $290F GOTO ROBO_SWG_2_L_13
;ROBO_SWG_2.ppas,87 :: INDF := 0; // Очищаем память!
$010C $0180 CLRF INDF, 1
;ROBO_SWG_2.ppas,88 :: Inc(FSR);
$010D $0A84 INCF FSR, 1
;ROBO_SWG_2.ppas,89 :: end;
$010E $2908 GOTO ROBO_SWG_2_L_12
$010F $ ROBO_SWG_2_L_13:
;ROBO_SWG_2.ppas,90 :: PCON.1 := 1;
$010F $ ROBO_SWG_2_L_16:
$010F $148E BSF PCON, 1
$0110 $ ROBO_SWG_2_L_17:
;ROBO_SWG_2.ppas,91 :: end;

Всего 23 байта. Можно сделать меньше, но зачем?
При других видах сброса (например, по сторожевому таймеру) память пока не очищаю, (вдруг какие-то данные понадобятся), только задаю значения основным переменным.

вообщем, инициализация тоже имеет в себе тонкости.

А разьве прерывание таймера не выполнится после выхода из прерывания INT0?

Выполнится, но мне надо было прерывание таймера внутри обработчика INT0

Слабо представляю зачем это нужно. Сколько по времени у тебя выполнялся обработчик INT0?

На обработчик INT0 у меня повешен альтернативный режим работы девайса. Так что он перехватывает на себя управление и держит его до тех пор пока не отработает всю логику.

Не во всяком аппарате организован такой алгоритм.
Зачастую чистую память нужно инициализировать ручками, записывая в нее нужный код.
Вообще, само понятие "инициализации" - это создание таких условий, после которых аппарат оживает и его можно настраивать дальше, его штатными средствами.

Пример из компьютеров: если стирается флеш-БИОС, машина умирает.
Чтобы такого не происходило (а особенно это неприятно, если микросхема на пайке, а не на кровати), сейчас делают нестираемую часть прошивки, в которой записана процедура восстановления БИОС с внешнего носителя (например, у Асусов сделано так).

Caша писал:

И еще – что такое флэш-память?Я знаю такие:
EEPROM – 24C04,93C46 и т.п.
EPROM(ПЗУ) – 27C512,27C040 и т.п.
Что из этого флэш?Что такое ROM и RAM?В общем я запутался в трех соснах.

RAM - Random Access Memory, память с произвольной выборкой, ОЗУ (оперативное запоминающее устройство). Можно писать, можно читать.
Но обесточил - и она все забыла.

ROM - Read Only Memory, память только для чтения, ПЗУ (постоянное запоминающее устройство).

ПЗУ бывают масочные (т.е., нужный код зашивается в процессе изготовления кристалла), с прожигаемыми перемычками (программируются один раз), электрически программируемые с ультрафиолетовым стиранием (программируются несколько раз, EPROM), электрически перепрограммируемые (можно перепрограммировать, не вынимая из аппаратуры, EEPROM).

Масочные - например, контроллер клавиатуры компьютера.
Там стоит однокристальный универсальный контроллер, в который зашита прямо при изготовлении микросхемы программа, обеспечивающая функцию клавиатуры.

Память с прожигаемыми перемычками существует в основном в виде программируемых логических матриц (ПЛМ), сложных дешифраторов.

Память с УФ стиранием программируется нулями, а единицы записываются сразу во все ячейки, при освещении УФ лампой.

Что происходит при запуске сервера, порой неизвестно даже опытным системным администраторам и разработчикам. Во второй части материала тестировщик Selectel, Владимир Туров, подробно рассказывает о процессе на примере UEFI.

Первая версия того, что сейчас известно как Unified Extensive Firmware Interface (UEFI), разрабатывалась в 90-е годы прошлого тысячелетия специально под системы на Intel® Itanium® и называлась Intel Boot Initiative, а позже — EFI.

Желание «обновить» процесс загрузки было ожидаемо. PC-BIOS, именуемый ныне Legacy, предлагает работать в 16-битном real mode, адресует всего 1 МБ оперативной памяти, а загрузчик вместе с таблицей разделов должен размещаться в первых 512 байтах накопителя. Более того, PC-BIOS передает управление первому найденному загрузчику без возможности возврата назад. При этом обработку случаев с несколькими операционными системами возлагают на плечи загрузчика.

Ограничение на размер загрузчика диктует использование разметки Master Boot Record (MBR), появившийся в 1983 году. MBR не стандартизирован, однако множество производителей придерживаются «сложившихся традиций». У MBR есть серьезные ограничения: по умолчанию поддерживается только 4 раздела и объем накопителя не более 2.2 ТБ.

В декабре 2000 года была выпущена первая широко распространенная спецификация EFI под версией 1.02. Спустя пять лет Intel передали EFI в UEFI Forum, добавив Unified в название, чтобы подчеркнуть изменения. Спецификация UEFI лежит в открытом доступе и состоит из нескольких документов:

ACPI Specification;
UEFI Specification;
UEFI Shell Specification;
UEFI Platform Initialization Specification;
UEFI Platform Initialization Distribution Packaging Specification.

Самое интересное начинается в UEFI Platform Initialization Specification, где описываются все фазы загрузки платформы.

UEFI универсален, но в данной статье мы будем опираться на стандарт, поглядывая в сторону процессоров на архитектуре x86_64.

Последовательность фаз загрузки UEFI Источник: UEFI Platform Initialization Specification

После инициации включения платформы блок питания ждет, пока не завершатся переходные процессы, и после устанавливает сигнал на линию Power_Good. И первым начинает работу не центральный процессор, а автономная подсистема Intel® Management Engine (ME) или аналогичная ей AMD Secure Technology (ST). Эта подсистема проводит собственные операции, а затем подготавливает и запускает первое ядро одного процессора, именуемое Bootstrap Processor (BSP).

В соответствии с принятой терминологией ядро/поток процессора здесь и далее будет называться процессором: начальным (bootstrap processor) или прикладным (application processor).

Как и в Legacy, процессор начинает выполнять первую инструкцию в конце адресного пространства по адресу 0xfffffff0. Эта инструкция — прыжок на первую фазу инициализации платформы — SEC.

обработка события включения;
инициализация достаточного количества памяти для следующей фазы;
становление корня доверия системы;
передача необходимой информации и управления на следующую фазу.

Процессоры x86_64 запускаются в 16-битном реальном режиме, и в процессе первичной инициализации BSP переводится в 32-битный защищенный режим. Затем происходит обновление микрокода всех доступных процессоров.

Следом происходит обработка события включения. Под этим подразумевается агрегация информации о состояниях оборудования, чтобы на следующей фазе некоторые модули могли сделать выводы о «здоровье» и общем состоянии платформы.

Во время фазы SEC не происходит инициализация оперативной памяти. Вместо этого свободный кэш процессора помечается как несбрасываемый, и он превращается во временную оперативную память. Такой режим называется no-eviction mode (NEM). В выделенной памяти создается стек, что позволит модулям из следующих фаз использовать стековые языки программирования до инициализации основной оперативной памяти.

Далее происходит инициализация всех прикладных процессоров (Application Processor, AP) с отправкой им специальной последовательности межпроцессорных прерываний (Inter-Processor Interrupt, IPI). Последовательность Init IPI — Start-up IPI — пробуждает прикладной процессор и запускает на нем самотестирование — Built-In Self-Test (BIST). Результаты тестирования записываются и передаются далее для анализа.

В конце фазы Security необходимо найти раздел Boot Firmware Volume (BFV), на котором располагается исполняемый код следующей фазы, а также по возможности найти другие, неосновные, разделы с кодом (Firmware Volume, FV).

Чтобы оправдать название фазы Security и стать корнем доверия, во время выполнения этой фазы код, которому мы планируем передать управление, может быть проверен на отсутствие несанкционированных изменений и вредоносных частей программы.

8. Инициализация микропроцессора

Аппаратный сброс

Для МП 80386 при частоте 16 МГц на самотестирование уходит около 2 19 тактов или приблизительно 33 мс.

Сброс переводит процессор в реальный режим и устанавливает ряд регистров в определенное состояние. Содержимое регистра ЕАХ зависит от результатов выполнения процедуры самотестирования при включении питания. В регистре DX размещаются идентификатор изделия и номер модификации. Поле DH содержит число, указывающее на тип процессора: 3 - 80386, 4 - i486, 5 - Pentium, 6 - P6, 15 - Pentium 4. В поле DL заносится номер модификации.

Состояние регистров процессора после инициализации:

Регистр	Состояние (hex)
EFLAGS	xxx00002
CR0	60000010
CR2, CR3, CR4	00000000
EIP	0000FFF0
CS (селектор) База Передел	F000 FFFF0000 FFFF
SS,DS,ES,FS,GS База Передел	0000 00000000 FFFF
EAX	00000000
EDX	00000mmm mmm - модель CPU
EBX,ECX,ESI,EDI,EBP,ESP	00000000
GDTR,IDTR База Передел	0000000 FFFF
LDTR,TR (селектор) База Передел	0000 0000000 FFFF
DR0-DR3	00000000
DR6	FFFF0FF0
DR7	00000400

Подготовка к работе в реальном режиме

Перед тем как запускать программы в реальном режиме, следует инициализировать некоторые структуры. Для того, чтобы можно было выполнять команды с обращением к стеку, надо загрузить регистр сегмента стека SS. Он должен указывать на область оперативной памяти.

заполнить все позиции IDT, которые могут использоваться прерываниями или исключениями, указателями работоспособных программ обработки прерываний;
занести в IDTR указатель таблицы прерываний;
изменить значение предела в IDTR на 0, это останавливает систему при возникновении исключения или немаскируемого прерывания.

Подготовка к работе в защищенном режиме

Переключение процессора в защищенный режим из реального осуществляется загрузкой в системный регистр CR0 слова с установленным битом РЕ (Protect Enable).

Как правило, большая часть действий по инициализации защищенного режима выполняется либо перед переключением в этот режим, либо непосредственно после переключения. Если инициализация осуществляется после переключения, выполняемые затем процедуры не должны использовать не инициализированные еще средства защищенного режима.

Регистр задачи должен указывать на область сохранения состояния текущей задачи. После первого переключения информация, занесенная в эту область, теряет свое значение и область можно использовать с другими целями.
Должен существовать достоверный TSS новой задачи. Указатель стека в TSS (для уровней привилегий, численно меньших или равных начальному CPL) должен указывать на достоверный сегмент стека.

Регистр сегмента стека (SS) можно загружать и в защищенном режиме, и в реальном режимах. Если SS загрузить в реальном режиме, он и после переключения в защищенный режим продолжает указывать на тот же самый линейный базовый адрес.

Форматы таблицы прерываний отличаются в защищенном и реальном режимах. Поскольку невозможно одновременно переключить режим и изменить формат таблицы прерываний, неизбежно, что в течение некоторого времени IDTR будет определять таблицу прерываний с неправильным форматом. Прерывание или исключение в течение этого времени приведут к непредсказуемым результатам. Чтобы избежать этого, следует запретить прерывания до тех пор, пока не будут размещены все программы обработки прерываний и не будет создана правильная таблица дескрипторов прерываний IDT в защищенном режиме.

непосредственно за установкой PG должна следовать команда межсегментного перехода (FAR JMP);
исполняемая в настоящий момент страница должна отображаться на те же физические адреса как до, так и после установки PG.

Регистр GDTR должен указывать на достоверную таблицу GDT перед тем, как содержимое какого-либо регистра изменяется в защищенном режиме. Таблицы GDT и LDT следует размещать в оперативной памяти, потому что МП модифицирует бит доступа в дескрипторах. Инициализацию GDT и GDTR можно провести в реальном режиме.

Переключение процессора из защищенного режима в реальный возможно не только через аппаратный сброс, как это было у 80286, но и с помощью сброса бита РЕ в CR0. до этого переключения также необходимо загрузить в сегментные регистры селекторы дескрипторов, описывающие свойства сегментов стандартного реального режима. Однако вместо этого можно создать и так называемый "нереальный" режим, отличающийся от реального возможностью доступа к сегментам большого (до 4 Гбайт) размера. Правда, у процессоров 80286 и 80386 лимит кодового сегмента принудительно ограничивается размером 64 Кбайт, но у более новых процессоров большой размер допустим для всех сегментов. "Нереальный режим" часто используется менеджерами памяти для DOS и игровыми программами, требующими большого объема памяти.

Читайте также: