基于PXA272的Bootloader的設計與實現

3.2.2 為中斷模式設置分配堆棧

我們知道ARM的堆棧是分模式的，在程序中要為每種要用到的模式分配堆棧。如果沒有為某種模式分配堆棧，那么在進入這種模式之后系統不能繼續運行了。系統首先運行在SVC模式。在下載模式中，我們要通過USB ,網絡,SD/MMC和CF接口等下載文件，而這些都要用到中斷。所以我們要為中斷模式分配堆棧，其代碼片段如下：

ldr r2, =(Mode_IRQ :OR: NoIntsMask) ;中斷模式

msr cpsr_c,r2

ldr sp,=(EBOOT_IRQ_STACK_TOP+SDRAM_VIR_C_EBOOT_PARTITION) ;分配堆棧

在為中斷模式分配堆棧之后，還要進行堆棧切換，使程序重新回到SVC模式運行。

3.2.3 通過SD卡加載系統鏡像的實現

當用戶選取SD卡作為下載系統鏡像的目標后，bootloader就進入對SD處理的流程。首先通過SD卡檢測引腳判斷是否有SD卡插在插槽。如果有就要對SD控制的硬件進行初始化，例如SD插槽電源使能，設置時鐘,設置功能GPIO等。

其中需要說明的是Intel PXA 272的時鐘管理比較復雜，它有兩個鎖相環路PLL：外圍設備鎖相環路,核心鎖相環路。其中外圍設備鎖相環路為外圍總線和USBC,I2S接口，SD接口等外圍設備提供時鐘。在時鐘控管理寄存器里，寄存器CKEN用來控制如USB，UART，SD等接口模塊的時鐘使能。【1】

接著是對SD卡協議棧的軟件實現.為了減少Bootloader中SD Host驅動的復雜性，能夠易于調試，實現了總線驅動模塊，客戶端驅動模塊和FAT16文件系統模塊。所以在我們的實現中對SD卡上的文件系統要有一定的限制，必須是格式化成FAT16的文件系統才能被我們的bootloader識別。當然在具體的實現中我們還可以使用另外的文件系統格式。其協議棧結構如圖2所示：

3.3實驗結果

我們使用一個22.7M的WinCE鏡像,在Bootloader中分別用USB,SD卡,TFTP,本地四種方式使用進行加載啟動測試，分別測試了50次。因為在Bootloader中SD Host的實現沒有使用DMA方式,為了進行性能比較,我們又調用WinCE系統下使用DMA的SD Host驅動加載同樣大小的文件進行了50次測試。表2是我們測試的結果。表中數據為平均值。
表2 測試結果

從表中數據可知，本地啟動是最快的，這是不容置疑的。其次是通過SD卡啟動。另外值得說明的是，通過USB和TFTP下載啟動在都需要的在通信的另一端軟件的支持和用戶的介入操作。而SD卡的數據通信傳輸完全由硬件實現，這也是SD卡加載相對比較快的主要原因。而且使用TFTP下載還需要進行相對復雜的配置。而在使用SD的加載中Bootloader會自動去搜尋系統鏡像，自動下載。這對用戶的使用來說是方便快捷的。

另外從使用DMA的SD 驅動下載文件和Bootloader中的實現做比較，可以看出使用DMA后大大提高了使用SD下載的性能。當然我們也可以在Bootloader中使用DMA方式來實現以提高性能。但這樣一來會大大增加Bootloader的復雜性。我們在Bootloader中實現使用SD做加載啟動的主要目的是方便開發和調試SD硬件模塊，而且實際使用中絕大部分會是本地啟動。我們的實現中目的已經達到，所以可以不考慮這些。

4 結束語

Bootloader是操作系統和硬件的樞紐,相對于操作系統內核來說它是一個硬件抽象層。嵌入式領域中操作系統的移植關鍵在于Bootloader的移植和操作系統內核硬件相關部分移植。所設計并實現的基于Intel PXA 272嵌入式處理器的從SD卡加載并啟動WinCE系統的Bootloader能提高WinCE操作系統移植的穩定性并加快WinCE操作系統移植的周期。

本文作者創新點: 在基于Intel PXA 272 處理器的bootloader中實現了SD卡的協議棧,并實現了從SD卡加載并啟動WinCE嵌入式系統鏡像的功能.

參考文獻:
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【3】J?rg Henkel, Xiaobo Sharon Hu, Shuvra S. Bhattacharyya. Taking on the Embedded System Design Challenge[J], IEEE Computer (4): 35-37 (2003)【4】SD-Memory Card Specifications /Part1 Physical Layer Specification Version 1.01[M]. SD Group, 2001
【5】陳向群王雷 馬洪兵.Windows.CE.NET 系統分析及實驗教程.北京:機械工業出版社,2003
【6】萬永波 張根寶 田澤 楊峰. 基于ARM的嵌入式系統Bootloader啟動流程分析.微計算機信息. 2005年第11-2期.第一頁