基于ARM-Linux嵌入式系統(tǒng)引導(dǎo)程序的設(shè)計(jì)
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(a)建立中斷向量表，當(dāng)程序出現(xiàn)異常后可跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)子程序執(zhí)行。如
bResetAddr;
bUndefAddr;handlerforUndefinedmode0x4
bSWI_Addr;handlerforSWIinterrupt0x8
bPreAbortAddr;handlerforPreAbort0xC
bDataAbortAddr;handlerforDataAbort0x10
b.;reserved0x14
bIRQ_Addr;handlerforIRQinterrupt0x18
bFIQ_Addr;handlerforFIQinterrupt0x1C
(b)屏蔽所有的中斷。為中斷提供服務(wù)通常是操作系統(tǒng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的責(zé)任，因此在Bootloader的執(zhí)行全過(guò)程中可以不必響應(yīng)任何中斷?？梢酝ㄟ^(guò)寫S3C2410的寄存器INTMSK、INTSUBMSK來(lái)完成；
(c)設(shè)置CPU的速度和時(shí)鐘頻率。可以通過(guò)寫寄存器LOCKTIME、MPLLCON、UPLLCON來(lái)實(shí)現(xiàn)；
(d)RAM初始化。包括正確地設(shè)置系統(tǒng)的內(nèi)存控制器的功能寄存器BWSCON以及各內(nèi)存控制寄存器等。
(e)初始化LED。典型地，通過(guò)GPIO來(lái)驅(qū)動(dòng)LED，其目的是表明系統(tǒng)的狀態(tài)是正常還是出現(xiàn)錯(cuò)誤。
3.1.2為加載Stage2準(zhǔn)備RAM空間，拷貝Stage2到RAM中。
為了獲得更快的執(zhí)行速度，通常把Stage2加載到RAM空間中來(lái)執(zhí)行，因此必須為加載Bootloader的Stage2準(zhǔn)備好一段可用的RAM空間范圍。具體的地址范圍可以任意安排，比如我們習(xí)慣將Stage2可執(zhí)行映像安排到RAM地址最頂部1MB開始的空間內(nèi)執(zhí)行?？截悤r(shí)要確定兩點(diǎn)：Stage2的可執(zhí)行映像存放在Flash中的起始地址和終止地址；以及RAM空間的起始地址。
3.1.3設(shè)置堆棧指針sp。
堆棧指針的設(shè)置是為了執(zhí)行C語(yǔ)言代碼作好準(zhǔn)備，通常我們可以把sp（Userstack）設(shè)置在上面所安排的那個(gè)1MBRAM空間的最頂端(堆棧向下生長(zhǎng))。此外，在設(shè)置堆棧指針sp之前，也可以關(guān)閉LED燈，以提示我們準(zhǔn)備跳轉(zhuǎn)到Stage2。
3.1.4跳轉(zhuǎn)到Stage2的C入口點(diǎn)。
在上述一切都就緒后，就可以跳轉(zhuǎn)到Bootloader的Stage2去執(zhí)行了。比如通過(guò)修改PC寄存器為合適的地址來(lái)實(shí)現(xiàn)。
3.2Bootloader的Stage2通常依次執(zhí)行以下主要步驟：
3.2.1進(jìn)入Stage2的入口程序
Stage2的代碼通常用C語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是與普通C語(yǔ)言應(yīng)用程序不同的是，在編譯和鏈接bootloader這樣的程序時(shí)，我們無(wú)法使用glibc庫(kù)中的任何支持函數(shù)。這就需要我們利用匯編語(yǔ)言寫一段trampoline(彈簧床)小程序，并將這段trampoline小程序來(lái)作為Stage2可執(zhí)行映象的執(zhí)行入口點(diǎn)。然后我們可以在trampoline小程序中用CPU跳轉(zhuǎn)指令跳入main()函數(shù)中去執(zhí)行；而當(dāng)main()函數(shù)返回時(shí)，CPU執(zhí)行路徑顯然再次回到了trampoline程序。具體程序如下：
.text
.globl_trampoline
_trampoline:
blmain
b_trampoline
3.2.2初始化本階段要使用到的硬件設(shè)備
這通常包括：初始化至少一個(gè)串口，以便和終端用戶進(jìn)行I/O輸出信息；初始化計(jì)時(shí)器等。在初始化這些設(shè)備之前，也可以重新把LED燈點(diǎn)亮，以表明我們已經(jīng)進(jìn)入main()函數(shù)執(zhí)行。設(shè)備初始化完成后，可以輸出一些打印信息，程序名字字符串、版本號(hào)等。
3.2.3檢測(cè)系統(tǒng)的內(nèi)存映射（Memorymap）
所謂內(nèi)存映射就是指在整個(gè)4GB物理地址空間中有哪些地址范圍被分配用來(lái)尋址系統(tǒng)的RAM單元。CPU通常預(yù)留出一段足夠大的地址空間給系統(tǒng)RAM，但是在搭建具體的嵌入式系統(tǒng)時(shí)不一定會(huì)實(shí)現(xiàn)CPU預(yù)留的全部RAM地址空間。而是往往只把CPU預(yù)留的全部RAM地址空間中的一部分映射到RAM單元上，而讓剩下的那部分預(yù)留RAM地址空間處于未使用狀態(tài)。如S3C2410使用的RAM空間僅為0x30000000－0x33ffffff。
3.2.4加載內(nèi)核映像和根文件系統(tǒng)映像并從Flash上拷貝
規(guī)劃內(nèi)存占用的布局。這里包括兩個(gè)方面：(1)內(nèi)核映像所占用的內(nèi)存范圍；（2）根文件系統(tǒng)所占用的內(nèi)存范圍。對(duì)于內(nèi)核映像，一般將其拷貝到從(MEM_START＋0x8000)這個(gè)基地址開始的大約1MB大小的內(nèi)存范圍內(nèi)(嵌入式Linux的內(nèi)核一般都不超過(guò)1MB)。從MEM_START到MEM_START＋0x8000這段32KB大小的內(nèi)存之所以被空出，是因?yàn)長(zhǎng)inux內(nèi)核要在這段內(nèi)存中放置一些全局?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如：?jiǎn)?dòng)參數(shù)和內(nèi)核頁(yè)表等信息。而對(duì)于根文件系統(tǒng)映像，則一般將其拷貝到MEM_START+0x0010,0000開始的地方。若采用Ramdisk作為根文件系統(tǒng)映像，則其解壓后的大小一般為1MB。
由于像ARM這樣的嵌入式CPU通常都是在統(tǒng)一的內(nèi)存地址空間中尋址Flash等固態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備，因此從Flash上讀取數(shù)據(jù)與從RAM單元中讀取數(shù)據(jù)并沒(méi)有什么不同。用一個(gè)簡(jiǎn)單的循環(huán)就可以完成從Flash設(shè)備上拷貝映像的工作。如：
count＝kernelsize
while(count>0){
*dest++=*src++;/*theyareallalignedwithwordboundary*/
count-=4;/*bytenumber*/
};
3.2.5設(shè)置內(nèi)核的啟動(dòng)參數(shù)
將內(nèi)核映像和根文件系統(tǒng)映像拷貝到RAM空間后，設(shè)置Linux內(nèi)核的啟動(dòng)參數(shù)，如ATAG_CORE、ATAG_MEM、ATAG_CMDLINE、ATAG_RAMDISK、ATAG_INITRD等，然后就可以準(zhǔn)備啟動(dòng)Linux內(nèi)核了。
3.2.6調(diào)用內(nèi)核。
Bootloader調(diào)用Linux內(nèi)核的方法是直接跳轉(zhuǎn)到內(nèi)核的第一條指令處，也即直接跳轉(zhuǎn)到MEM_START＋0x8000地址處。此時(shí)，還需要設(shè)置CPU寄存器、CPU模式、Cache和MMU。
3.結(jié)束語(yǔ)
Bootloader是依賴于硬件而實(shí)現(xiàn)的，每個(gè)目標(biāo)板的硬件配置都不完全一樣，因此Bootloader程序也都不會(huì)完全一樣。本文以Samsung公司的的S3C2410開發(fā)板為平臺(tái)，闡述了Bootloader運(yùn)行的主要步驟和關(guān)鍵技術(shù)，為實(shí)現(xiàn)引導(dǎo)Linux操作系統(tǒng)內(nèi)核運(yùn)行提供合適的環(huán)境。文章后面關(guān)于Linux內(nèi)核啟動(dòng)參數(shù)的具體設(shè)置及如何調(diào)用內(nèi)核是和具體操作系統(tǒng)密切關(guān)系的，未做詳細(xì)論述。此外，設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)一個(gè)優(yōu)秀的Bootloader程序是一個(gè)龐大復(fù)雜的過(guò)程，在程序中如能多利用LED和串口輸出信息會(huì)是幫助我們調(diào)試的好方法。
參考文獻(xiàn):
[1].ARM920Tdatasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/ARM920T_139814.html.
[2].ROMdatasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/ROM_1188413.html.
評(píng)論