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ARM Boot Loader简介 1 Boot Loader概述 简单地说，在操作系统内核运行之前，通过一小程序，可以初始化硬件设备、建立内存空间的映射图等，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配置好相应的环境，也可以下载文件到系统板上的SDRAM，对Flash进行擦除与编程，这个小程序一般称为Boot Loader。可以说，一个功能完善的Boot Loader已经相当于一个微型的操作系统了。 Boot Loader作为系统复位或上电后首先运行的代码，一般应写入Flash存储器并从起始物理地址0x0开始。Boot Loader是非常依赖于硬件而实现的，而且根据实现的功能不同，其复杂程度也各不相同。一个简单的Boot Loader可以只完成USB口的初始化，而功能完善的Boot Loader可以支持比较复杂的命令集，对系统的软硬件资源进行合理的配置与管理。因此，建立一个通用的Boot Loader几乎是不可能的。 尽管Boot Loader的功能各不相同，我们仍然可以对Boot Loader归纳出一些通用的概念来，以指导用户对特定要求的Boot Loader设计与实现。Boot Loader一般应包括系统初始化过程，然后用户根据其系统的自身需求，具体设计。 系统初始化代码直接对ARM微处理器内核及硬件控制器编程，多采用汇编语言编程，初始化代码一般应包括如下典型任务： 1.?????? 定义程序入口点； 2.?????? 设置异常和中断向量表； 3.?????? 初始化存储设备； 4.?????? 初始化堆栈指针寄存器； 5.?????? 初始化用户执行环境； 6.?????? 呼叫主应用程序。 1.1 定义程序入口 初始化代码必须定义整个程序的入口点。通过伪指令Entry指定编译器保留该段代码，同时配合链接器的设置，确定整个程序的入口点。 1.2 设置异常和中断向量表 异常和中断处理是嵌入式系统的重要核心部分。它们负责处理错误、中断和其它由外部系统触发的事件。 ARM要求异常向量表必须放置在从0地址开始，连续32（8X4）字节的空间内，各异常的位置如表1所示。 每当一个异常发生以后，系统执行完当前指令后，ARM微处理器会执行以下几步操作： (1）????????? 把cpsr保存到相应异常模式下的spsr； (2）????????? 把pc保存到相应异常模式下的lr； (3）????????? 设置cpsr为相应的异常模式（异常及其对应的模式见图1）； (4）????????? 设置pc为相应异常处理程序的入口地址。 因为每个异常只占据向量表中1个字的存储空间，只能放置一条ARM指令，所以该指令必须使程序跳转到存储器存储异常处理程序的地方，再执行异常处理程序。 执行完异常处理程序，要从异常中断处理程序中返回。 从异常中断处理程序中返回包括下面两个基本操作： (1）????????? 恢复被屏蔽的程序的处理器状态 (2）????????? 返回到发生异常中断的指令的下一条指令处继续执行。 当异常发生时，程序计数器PC所指的位置对于各种不同的异常是不同的，同样，返回地址对于各种不同的异常中断也是不同的。例外的是，复位异常中断处理程序不需要返回，因为整个应用系统是从复位异常中断处理程序开始执行的。 总的来说，异常处理过程为：当异常发生时，系统执行完当前指令后，将跳转到相应的异常处理程序处执行。当异常处理程序执行完成后，程序返回到发生异常的指令的下一条指令处执行。在进入异常处理程序时，要保存被中断的程序的执行现场。从异常处理程序退出时，要恢复被中断的程序的执行现场。 IRQ和FIQ异常是用来处理外围设备中断的，不同的ARM芯片生产商，生产的芯片会有所不同。 1.3初始化存储设备 初始化存储器系统主要是对系统存储器控制器的初始化，如果系统具有存储器管理单元，也必须对其进行初始化。 ARM微处理器架构的理论寻址能力为4GB，但是对于一个特定的系统来说，所配备的实际物理存储器远没有那么多。出于对芯片的面积、成本、使用灵活性等方面的考虑，这么大容量的存储器如果设计在芯片内部是不能被接受的。因此，基于ARM微处理器的系统一般都需要外扩大容量的存储器，这些存储器是由专门的存储器控制器控制的。 因为存储器控制器并非标准ARM微处理器架构的一部分，所以不同的ARM微处理器，设计也会各不相同，初始化代码自然也会有一些差异，但一般包含如下两个方面： 1.?????? 存储器类型和时序的配置 ARM微处理器一般都设计有多种类型的存储器接口，需要根据具体的系统设计加以正确配置，且对于同在一种类型的存储器，也会因为访问速度的差异进行不同的时序设置。 存储器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