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转 Boot Loader 简介  

2010-11-20 22:46:10|  分类: 嵌入式系统 |  标签: |举报 |字号 订阅

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简单地说,Boot Loader 就是在操作系统内核运行之前运行的一段小程序。通过这段小程序,我们可以初始化硬件设备、建立内存空间的映射图,从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态,以便为最终调用操作系统内核准备好正确的环境。

Boot Loader 是严重地依赖于硬件而实现的,特别是在嵌入式世界。因此,在嵌入式世界里建立一个通用的 Boot Loader 几乎是不可能的。尽管如此,我们仍然可以对 Boot Loader 归纳出一些通用的概念来,以指导用户特定的 Boot Loader 设计与实现。

 

基于 ARM7TDMI core 的 CPU 在复位时通常都从地址 0x00000000 取它的第一条指令。在系统加电后,CPU 将首先执行 Boot Loader 程序。

大多数 Boot Loader 都包含两种不同的操作模式:“启动加载”模式和“下载”模式 :

启动加载(Boot loading)模式:Boot Loader 从目标机上的某个固态存储设备上将操作系统加载到 RAM 中运行,整个过程并没有用户的介入。

下载(Downloading)模式:Boot Loader 将通过串口连接或网络连接等通信手段从主机(Host)下载文件,比如:下载内核映像和根文件系统映像等。

 

BOOT的一般步骤为:

 

设置中断向量表

初始化存储设备

初始化堆栈

初始化用户执行环境

呼叫主应用程序

 

设置中断向量表

ARM要求中断向量表必须放置在从0地址开始,连续8X4字节的空间内。

每当一个中断发生以后,ARM处理器便强制把PC指针置为向量表中对应中断类型的地址值。因为每个中断只占据向量表中1个字的存储空间,只能放置一条ARM指令,使程序跳转到存储器的其他地方,再执行中断处理。

中断向量表的程序实现通常如下表示:

AREA Boot ,CODE, READONLY

ENTRY

B  ResetHandler

B  UndefHandler

B  SWIHandler

B  PreAbortHandler

B  DataAbortHandler

B

B  IRQHandler

B  FIQHandler

其中关键字ENTRY是指定编译器保留这段代码,因为编译器可能会认为这是一段亢余代码而加以优化。链接的时候要确保这段代码被链接在0地址处,并且作为整个程序的入口。?

 

初始化存储设备

存储器端口的接口时序优化是非常重要的,这会影响到整个系统的性能。因为一般系统运行的速度瓶颈都存在于存储器访问,所以存储器访问时序应尽可能的快;而同时又要考虑到由此带来的稳定性问题。

在不同的板子上处理芯片、存储设备以及其接口差异很大,应根据不同的情况来配置。

 

初始化堆栈

因为ARM有7种执行状态,每一种状态的堆栈指针寄存器(SP)都是独立的。因此,对程序中需要用到的每一种模式都要给SP定义一个堆栈地址。方法是改变状态寄存器内的状态位,使处理器切换到不同的状态,然后给SP赋值。注意:不要切换到User模式进行User模式的堆栈设置,因为进入User模式后就不能再操作CPSR回到别的模式了,可能会对接下去的程序执行造成影响。

 

这是一段堆栈初始化的代码示例:

mrs r0,cpsr ;读取cpsr寄存器的值

bic r0,r0,#MODEMASK ;把模式位清零

orr r1,r0,#UNDEFMODE|NOINT

msr cpsr_cxsf,r1 ;UndefMode

ldr sp,=UndefStack

其他模式的堆栈的初始化也类似。

 

堆栈地址的定义一般如下:

^ (_ISR_STARTADDRESS-0x1400)

 

UserStack # 1024 ;#=field,定义一个数据域,长度为1024

SVCStack # 1024

UndefStack # 1024

AbortStack # 1024

IRQStack # 1024

FIQStack # 0

 

初始化用户执行环境

一个ARM映像文件由RO,RW和ZI三个段组成,其中RO为代码段,RW是已初始化的全局变量,ZI是未初始化的全局变量。映像一开始总是存储在ROM/Flash里面的,其RO部分即可以在ROM/Flash里面执行,也可以转移到速度更快的RAM中执行;而RW和ZI这两部分是必须转移到可写的RAM里去。所谓应用程序执行环境的初始化,就是完成必要的从ROM到RAM的数据传输和内容清零。

 

编译器使用下列符号来记录各段的起始和结束地址:

|Image$$RO$$Base| :RO段起始地址

|Image$$RO$$Limit| :RO段结束地址加1

|Image$$RW$$Base| :RW段起始地址

|Image$$RW$$Limit| :ZI段结束地址加1

|Image$$ZI$$Base| :ZI段起始地址

|Image$$ZI$$Limit| :ZI段结束地址加1

这些标号的值是根据链接器中设置的中ro-base和rw-base的设置来计算的。

初始化用户执行环境主要是把RO、RW、ZI三段拷贝到指定的位置。

 

调用主应用程序

当所有的系统初始化工作完成之后,就需要把程序流程转入主应用程序。最简单的一种情况是:

IMPORT main

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