ARM bootloader程序的理解

作为一个嵌入式工程师,如果不能写bootloader程序,那就不能成为一个真正的嵌入式工程师.以前做linux driver,常对bootloader程序是一知半解,其实要写好bootloader程序还得好好去研读一下处理器 architecture.

      ARM 处理器是一种很热门的嵌入式处理器,现在绝大部分的嵌入式产品都用到了ARM处理器,其低廉的价格和丰富的性能都受到的消费者的青睐.下面针对ARM处理器来具体谈一下ARM bootloader程序.

      首先简单的了解一下ARM architecture.ARM主要由ARM内核单元,vector interface ,coprocessor,两种cache(instruction and data),两种TCM(instruction and data), MMU, power management等. cache是为了平衡数据之间的速度而使用的,而TCM是为了存储一些频繁使用的数据,如中断向量等,MMU主要处理虚拟地址到物理地址的转换,起到了对数据的保护作用,用在操作系统的体系中,很显然,bootloader程序就是要为后来的程序提供一个良好的运行环境,这里对ARM architecture的几个组成单元进行必要的配置.

      综上所述,ARM bootloader程序主要完成下面几个功能:

      1)初始化栈.

      2)中断向量表的复制.

      3)TCM 和cache的配置,如果有操作系统的话,就应该设置MMU.

      4)建立一个程序执行文境.(具体一点,就是根据image文件的属性来处理image段的数据).

      5)对内存如mddr,sram进行简单的测试.

      6)需要设置一些外围设备,一般来说需要配置一下串口.

 一、初始化栈：

       应该对irq,firq,svc的栈进行指定，分别操作这几中模式的寄存器。如对irq模式.

       mov  r0 ,  #0x12; irq mode

       msr  CPSR , r0; set irq mode

       ldr   sp,  =0x800;  irq steak address

二、中断向量表的复制：

       Boot_Def
      ldr PC,Arm_Addr_Ini        ;0x00
      ldr PC,Arm_Addr_Und        ;0x04
      ldr PC,Arm_Addr_Swi        ;0x08
      ldr PC,Arm_Addr_Pre        ;0x0C
      ldr PC,Arm_Addr_Abt        ;0x10
      nop            ;0x14
      ldr PC,Arm_Addr_Irq        ;0x18
      ldr PC,Arm_Addr_Fiq        ;0x1C

      Arm_Addr_Ini DCD bootstrap_entry + 0x00   ;0x20
      Arm_Addr_Und DCD undefined_exception_handler  ;0x24
      Arm_Addr_Swi DCD software_interrupt_handler  ;0x28
      Arm_Addr_Pre DCD prefetch_exception_handler  ;0x2C
      Arm_Addr_Abt DCD abort_exception_handler   ;0x30
      Arm_Addr_Irq DCD irq_interrupt_handler   ;0x34
      Arm_Addr_Fiq DCD fiq_interrupt_handler   ;0x38

      DCD 0x12345678  ；   0x3c

      ...

      ldr r0,=Boot_Def
      ldr r1, =0x0 ;address 0x0
      mov r2,#0x3C
      add r2, r2, r1

0
      cmp r1, r2
      bge %b1
      ldrcc r3,[r0],#4
      strcc r3,[r1],#4
      b %B0
1

三、TCM的配置

      TCM和cache是有区别的，虽然都是为了加快速度，但是TCM必须给它指定地址，TCM和cache的用途也不样，TCM保存常用到的数据如中断向量表和realtime数据，而cache只是为了加快处理器和外设之间的数据处理。

      
      ldr r0, =0x0;
      mrc p15, 0, r1, c9, c1, 1;读coprocessor instruction tcm region register.
      orr r0, r0, r1;
      mov r1, #1
      orr r1, r1, r0;instruction tcm bit_o 置1,enable insturction tcm.
      mcr p15,0,r1,c9,c1,1;写入

     其它的cache配置也类似，主要读懂ARM document.

四、建立一个程序运行文境：

      image(bin文件）包括俩部分：RO and RW，RO部分一般我们在加载前后的位置都不用变化，但是RW必须在加载后把他放到RAM中执行，所以RW部分我们把它映射到RAM地址中。

      IMPORT |Image$$RO$$Base| ;image RO 开始地址
      IMPORT |Image$$RO$$Limit|
      IMPORT |Image$$RO$$Length|
      IMPORT |Image$$RW$$Base|
      IMPORT |Image$$RW$$Limit|
      IMPORT |Image$$RW$$Length|
      IMPORT |Image$$ZI$$Base|
      IMPORT |Image$$ZI$$Limit|
      IMPORT |Image$$ZI$$Length|

      ldr r0,=|Image$$RO$$Limit|
      ldr r1,=|Image$$RW$$Base|
      ldr r2,=|Image$$RW$$Limit|
 
3
     cmp r1,r2
     bge %B3
     ldrcc r3,[r0],#4;从RO段的结束地址+1load rw段数据
     strcc r3,[r1],#4；重新写入到rw段
     b %B4
4

     ldr r0,=|Image$$ZI$$Base|;处理ZI段数据
     ldr r1,=|Image$$ZI$$Length|
     add r1, r1, r0
     ldr r1, =0X2000
     ldr r2,=0
5
     cmp r0, r1
     bge %B6
     strcc r2,[r0],#4；初始化ZI段数据为0
     b %B5
6

五、对内存进行测试：

      由于系统中有各种各样的内存，可以对内存进行简单测试。

六、UART的配置：

      UART在嵌入式系统中很重要，虽然它很简单，但是在早期开发中，UART是必须的设备之一。UART作为下一篇中将进一步详细讨论。