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        ARM工作模式和BOOTLOADER -2410

        作者: 時間:2012-11-13 來源:網絡 收藏
        簡單地說,BootLoader就是在操作系統內核運行之前運行的一段小程序。通過這段小程序,我們可以初始化硬件設備、建立內存空間的映射圖,從而將系統的軟硬件環境帶到一個合適的狀態,以便為最終調用操作系統內核準備好正確的環境。
        BootLoader是嚴重地依賴于硬件而實現的,特別是在嵌入式世界。因此,在嵌入式世界里建立一個通用的BootLoader幾乎是不可能的。盡管如此,我們仍然可以對BootLoader歸納出一些通用的概念來,以指導用戶特定的BootLoader設計與實現。

        基于7TDMIcore的CPU在復位時通常都從地址0x00000000取它的第一條指令。在系統加電后,CPU將首先執行BootLoader程序。
        大多數BootLoader都包含兩種不同的操作模式:“啟動加載”模式和“下載”模式:
        啟動加載(Bootloading)模式:BootLoader從目標機上的某個固態存儲設備上將操作系統加載到RAM中運行,整個過程并沒有用戶的介入。
        下載(Downloading)模式:BootLoader將通過串口連接或網絡連接等通信手段從主機(HoST)下載文件,比如:下載內核映像和根文件系統映像等。

        BOOT的一般步驟為:

        設置中斷向量表
        初始化存儲設備
        初始化堆棧
        初始化用戶執行環境
        呼叫主應用程序

        設置中斷向量表
        要求中斷向量表必須放置在從0地址開始,連續8X4字節的空間內。
        每當一個中斷發生以后,處理器便強制把PC指針置為向量表中對應中斷類型的地址值。因為每個中斷只占據向量表中1個字的存儲空間,只能放置一條ARM指令,使程序跳轉到存儲器的其他地方,再執行中斷處理。
        中斷向量表的程序實現通常如下表示:
        AREABoot,CODE,READONLY
        ENTRY
        B???ResetHandler
        B???UndefHandler
        B???SWIHandler
        B???PreAbortHandler
        B???DataAbortHandler
        B
        B???IRQHandler
        B???FIQHandler
        其中關鍵字ENTRY是指定編譯器保留這段代碼,因為編譯器可能會認為這是一段亢余代碼而加以優化。鏈接的時候要確保這段代碼被鏈接在0地址處,并且作為整個程序的入口。?

        初始化存儲設備
        存儲器端口的接口時序優化是非常重要的,這會影響到整個系統的性能。因為一般系統運行的速度瓶頸都存在于存儲器訪問,所以存儲器訪問時序應盡可能的快;而同時又要考慮到由此帶來的穩定性問題。
        在不同的板子上處理芯片、存儲設備以及其接口差異很大,應根據不同的情況來配置。

        初始化堆棧
        因為ARM有7種執行狀態,每一種狀態的堆棧指針寄存器(SP)都是獨立的。因此,對程序中需要用到的每一種模式都要給SP定義一個堆棧地址。方法是改變狀態寄存器內的狀態位,使處理器切換到不同的狀態,然后給SP賦值。注意:不要切換到User模式進行User模式的堆棧設置,因為進入User模式后就不能再操作CPSR回到別的模式了,可能會對接下去的程序執行造成影響。

        這是一段堆棧初始化的代碼示例:
        mrsr0,cpsr;讀取cpsr寄存器的值
        bicr0,r0,#MODEMASK;把模式位清零
        orrr1,r0,#UNDEFMODE|NOINT
        msrcpsr_cxsf,r1UndefMode
        ldrsp,=UndefStack
        其他模式的堆棧的初始化也類似。

        堆棧地址的定義一般如下:
        ^(_ISR_STARTADDRESS-0x1400)

        UserStack#1024#=field,定義一個數據域,長度為1024
        SVCStack#1024
        UndefStack#1024
        AbortStack#1024
        IRQStack#1024
        FIQStack#0

        初始化用戶執行環境
        一個ARM映像文件由RO,RW和ZI三個段組成,其中RO為代碼段,RW是已初始化的全局變量,ZI是未初始化的全局變量。映像一開始總是存儲在ROM/Flash里面的,其RO部分即可以在ROM/Flash里面執行,也可以轉移到速度更快的RAM中執行;而RW和ZI這兩部分是必須轉移到可寫的RAM里去。所謂應用程序執行環境的初始化,就是完成必要的從ROM到RAM的數據傳輸和內容清零。

        編譯器使用下列符號來記錄各段的起始和結束地址:
        |Image$$RO$$Base|:RO段起始地址
        |Image$$RO$$Limit|:RO段結束地址加1
        |Image$$RW$$Base|:RW段起始地址
        |Image$$RW$$Limit|:ZI段結束地址加1
        |Image$$ZI$$Base|:ZI段起始地址
        |Image$$ZI$$Limit|:ZI段結束地址加1
        這些標號的值是根據鏈接器中設置的中ro-base和rw-base的設置來計算的。
        初始化用戶執行環境主要是把RO、RW、ZI三段拷貝到指定的位置。


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