ARM工作模式和BOOTLOADER -2410
BootLoader是嚴(yán)重地依賴于硬件而實現(xiàn)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?nèi)匀豢梢詫ootLoader歸納出一些通用的概念來,以指導(dǎo)用戶特定的BootLoader設(shè)計與實現(xiàn)。
基于ARM7TDMIcore的CPU在復(fù)位時通常都從地址0x00000000取它的第一條指令。在系統(tǒng)加電后,CPU將首先執(zhí)行BootLoader程序。
大多數(shù)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(biāo)機(jī)上的某個固態(tài)存儲設(shè)備上將操作系統(tǒng)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(wǎng)絡(luò)連接等通信手段從主機(jī)(HoST)下載文件,比如:下載內(nèi)核映像和根文件系統(tǒng)映像等。
BOOT的一般步驟為:
設(shè)置中斷向量表
初始化存儲設(shè)備
初始化堆棧
初始化用戶執(zhí)行環(huán)境
呼叫主應(yīng)用程序
設(shè)置中斷向量表
ARM要求中斷向量表必須放置在從0地址開始,連續(xù)8X4字節(jié)的空間內(nèi)。
每當(dāng)一個中斷發(fā)生以后,ARM處理器便強(qiáng)制把PC指針置為向量表中對應(yīng)中斷類型的地址值。因為每個中斷只占據(jù)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(zhuǎn)到存儲器的其他地方,再執(zhí)行中斷處理。
中斷向量表的程序?qū)崿F(xiàn)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(guān)鍵字ENTRY是指定編譯器保留這段代碼,因為編譯器可能會認(rèn)為這是一段亢余代碼而加以優(yōu)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(shè)備
存儲器端口的接口時序優(yōu)化是非常重要的,這會影響到整個系統(tǒng)的性能。因為一般系統(tǒng)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(yīng)盡可能的快;而同時又要考慮到由此帶來的穩(wěn)定性問題。
在不同的板子上處理芯片、存儲設(shè)備以及其接口差異很大,應(yīng)根據(jù)不同的情況來配置。
初始化堆棧
因為ARM有7種執(zhí)行狀態(tài),每一種狀態(tài)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(tài)寄存器內(nèi)的狀態(tài)位,使處理器切換到不同的狀態(tài),然后給SP賦值。注意:不要切換到User模式進(jìn)行User模式的堆棧設(shè)置,因為進(jìn)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(zhí)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(shù)據(jù)域,長度為1024
SVCStack#1024
UndefStack#1024
AbortStack#1024
IRQStack#1024
FIQStack#0
初始化用戶執(zhí)行環(huán)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(zhí)行,也可以轉(zhuǎn)移到速度更快的RAM中執(zhí)行;而RW和ZI這兩部分是必須轉(zhuǎn)移到可寫的RAM里去。所謂應(yīng)用程序執(zhí)行環(huán)境的初始化,就是完成必要的從ROM到RAM的數(shù)據(jù)傳輸和內(nèi)容清零。
編譯器使用下列符號來記錄各段的起始和結(jié)束地址:
|Image$$RO$$Base|:RO段起始地址
|Image$$RO$$Limit|:RO段結(jié)束地址加1
|Image$$RW$$Base|:RW段起始地址
|Image$$RW$$Limit|:ZI段結(jié)束地址加1
|Image$$ZI$$Base|:ZI段起始地址
|Image$$ZI$$Limit|:ZI段結(jié)束地址加1
這些標(biāo)號的值是根據(jù)鏈接器中設(shè)置的中ro-base和rw-base的設(shè)置來計算的。
初始化用戶執(zhí)行環(huán)境主要是把RO、RW、ZI三段拷貝到指定的位置。
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