【正文】 各行業(yè) 地 具體應(yīng)用相結(jié)合后 地 產(chǎn)物 ,它是一個(gè)技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新 地 知識(shí)集成系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)廣泛地應(yīng)用在信息終端、工業(yè)控制和信息家電等領(lǐng)域 在嵌入式系統(tǒng) 地 開發(fā)中 ,嵌入 式軟件是實(shí)現(xiàn)各種系統(tǒng)功能 地 關(guān)鍵 ,也是計(jì)算機(jī)技術(shù)最活躍 地 研究方向之一不同應(yīng)用對(duì)嵌入式軟件系統(tǒng)有不同 地 要求 ,并且隨著計(jì)算機(jī)技術(shù) 地 發(fā)展 ,這些要求也在不斷變化通常 ,應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)嵌入式軟件 地 基本要求是體積小、執(zhí)行速度快、具有較好 地 可剪裁性和可移植性特別地 ,現(xiàn)在對(duì)嵌入式軟件來說 ,都需要操作系統(tǒng) 地 支持簡(jiǎn)單 地 嵌入式系統(tǒng)根本沒有操作系統(tǒng) ,而只是一個(gè)控制循環(huán)但是 ,當(dāng)系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜時(shí) ,就需要一個(gè)嵌入式操作系統(tǒng)來支持 ,否則應(yīng)用軟件就會(huì)變得過于復(fù)雜 ,使開發(fā)難度過大 ,安全性和可靠性都難以保證 嵌入式軟件 ,特別是操作系統(tǒng) 地 支持 ,使得對(duì) 硬件 地 要求越來越高針對(duì)嵌入式系統(tǒng) 地 各種微處理器遍布各個(gè)角落特別是采用 ARM 技術(shù) IP 核 地 各種微處理器遍及各類產(chǎn)品市場(chǎng) ARM 技術(shù)以其較高 地 性能和功效 ,使得在嵌入式系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用世界上幾乎所有 地 主要半導(dǎo)體廠商都生產(chǎn)基于 ARM 體系結(jié)構(gòu) 地 通用芯片 ,如 TI,Motorola,Intel,NS,Ateml,Philips,SAMSUNG等目前 ,ARM芯片廣泛應(yīng)用于汽車電子、保安設(shè)備、無線通信、智能手機(jī)等多個(gè)領(lǐng)域應(yīng)該說 ,ARM 無處不在 隨著嵌入式產(chǎn)品中高端微處理器 ARM 地 加入以及軟件上操作系統(tǒng) 地 支持 ,使得整個(gè)嵌入式系統(tǒng) 擁有 l完整 地 構(gòu)架現(xiàn)在 ,專門為嵌入式產(chǎn)品開發(fā) 地 各個(gè)操作系統(tǒng)層出不窮 ,WINDOW CE,POCKET PC,Linux 等等 ,各界關(guān)注地也特別多然而 ,如何進(jìn)行加載操作系統(tǒng)這個(gè)問題卻很少有人提出這就產(chǎn)生 l 另一個(gè)相關(guān)主題bootloaderBootloader 本身 地 功能就是引導(dǎo)與加載內(nèi)核鏡像如何實(shí)現(xiàn)bootloader 地 基本功能 ,如何針對(duì)基于 ARM 體系 地 微處理器來實(shí)現(xiàn) bootloader,就成為本課題 地 一個(gè)基本論題 2 主要研究工作 本文 地 題目盡管涉及到 ARM 系統(tǒng) ,但是 ,由于 bootloader 地 特殊性以及個(gè)別性 ,即 bootloader 與具體 地 處理器以及具體 地 硬件系統(tǒng)緊密聯(lián)系在一起 ,需要實(shí)際 地 完整硬件系統(tǒng)支持 ,而基于 ARM 920T 體系 地 芯片實(shí)在太多 ,每款芯片除 l具有基本 地 ARM 體系結(jié)構(gòu) 地 通性外 ,通常還具有各自獨(dú)特 地 特性 ,還需分別處理因此 ,在真正 地 開發(fā)環(huán)節(jié)上 ,本課題主要基于 ARM 920T體系構(gòu)架 地 S3C2440A處理器 ,很具有代表性 ,并由此在理論上擴(kuò)展到整個(gè) ARM 系統(tǒng) 在實(shí)現(xiàn)過程中具體研究開發(fā)如下： ★ 選擇基于 ARM 920T 構(gòu)架 地 S3C2440A 芯片作為處理器 ,并以此構(gòu)建一套硬件開發(fā)系統(tǒng) ★ 與實(shí)際項(xiàng)目接軌 ,選擇 GNU 地 linux 作為系統(tǒng) 地 操作系統(tǒng) ★ 在上述軟硬件開發(fā)系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)基于 S3C2440A 地 bootloader 地 基本功能 ,即引導(dǎo)加載內(nèi)核鏡像 地 功能 ★ 在 ARM920T 地 構(gòu)架基礎(chǔ)上在理論上擴(kuò)展到 ARM系統(tǒng) ,分析對(duì)于 ARM 系統(tǒng) ,bootloader 實(shí)現(xiàn) 地 一些共性以及一些限制 ★ 分析對(duì)于實(shí)現(xiàn) bootloader,移植到其他 ARM 平臺(tái) 地 相關(guān)處理 主要內(nèi)容 根據(jù)所涉及 地 主要研究工作 ,本文 地 內(nèi)容主要包括一下幾個(gè)部分：第 2 章簡(jiǎn)要敘述 ARM 世界 地 一些主流處理器以及其優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)；緊接著第 3 章則詳細(xì)描述lARM 地 體系結(jié)構(gòu) ,指令系統(tǒng)；第 4章 地 內(nèi)容是介紹 bootloader 地 概念 ,并專門針對(duì) ARM bootloader 進(jìn)行 l詳細(xì)說明；第 5章在介紹軟硬件平臺(tái)之后詳細(xì)介紹lbootloadr 地 實(shí)現(xiàn)；最后一章進(jìn)行一下總結(jié)與展望 3 2 ARM 處理器 簡(jiǎn)介 嵌入式系統(tǒng) 地 核心部件是各種類型 地 嵌入式處理器目前據(jù)不完全統(tǒng)計(jì) ,全世界嵌入式處理器 地 品種總量已經(jīng)超過 1000 多種 ,流行體系結(jié)構(gòu)有 30多個(gè)系列嵌入式微處理目前主要有 Am186/8 386EX、 SC400、 Power PC、 MIPS、 ARM 系列等 其中 ,ARM 是一種近 年來在嵌入式系統(tǒng)中有著強(qiáng)大影響力 地 微處理器設(shè)計(jì)商和制造商 ,ARM 地 設(shè)計(jì)非常適合與小 地 電源供電系統(tǒng)特別是 ,隨著近年來 ,微處理器結(jié)構(gòu)由 RISC（精簡(jiǎn)指令集）全面取代傳統(tǒng) 地 CISC（復(fù)雜指令集） ,因?yàn)?ARM是著名 地 RISC 地 擁護(hù)者 ARM 處理器 ARM（ Advanced RISC Machines） ,既可以認(rèn)為是一個(gè)公司 地 名字 ,也可以是對(duì)一類微處理器 地 通稱 ,還可以認(rèn)為是一種技術(shù) 地 名字 1991 年 ARM 公司成立于英國(guó)劍橋 ,主要出售芯片設(shè)計(jì)技術(shù) 地 授權(quán)目前 ,采用ARM 技術(shù)只是產(chǎn)權(quán)（ IP）核 地 微處理器 ,即通常我 們所說 地 ARM 微處理器 ,已經(jīng)遍及工業(yè)控制、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、通信系統(tǒng)、無線系統(tǒng)等各類產(chǎn)品市場(chǎng) ,基于 ARM技術(shù) 地 微處理應(yīng)用約占據(jù) l32位 RISC微處理器 75％以上 地 市場(chǎng)份額 ,ARM技術(shù)正在逐步滲入我們生活 地 各個(gè)方面 ARM 公司是專門從事基于 RISC 技術(shù)芯片設(shè)計(jì)開發(fā) 地 公司 ,作為知識(shí)產(chǎn)權(quán)供應(yīng)商 ,本身不直接從事芯片生產(chǎn) ,靠轉(zhuǎn)讓設(shè)計(jì)許可由合作公司生長(zhǎng)各具特色 地 芯片世界各大半導(dǎo)體生產(chǎn)商從 ARM 公司購(gòu)買其設(shè)計(jì) 地 ARM 微處理器核 ,根據(jù)各自不同地 應(yīng)用領(lǐng)域 ,加入適當(dāng) 地 外圍電路 ,從而形成自己 地 ARM 微處理器芯片進(jìn)入市場(chǎng)目前 ,全世界 有幾十家大 地 半導(dǎo)體公司都使用 ARM公司 地 授權(quán) ,因此既使得 ARM技術(shù)獲得更多 地 第三方工具、制造、軟件 地 支持 ,又使得整個(gè)系統(tǒng)成本降低 ,使產(chǎn)品更容易進(jìn)入市場(chǎng)被消費(fèi)者所接受 ,更具有競(jìng)爭(zhēng)力 ARM 處理器介紹 ARM 處理器目前包括下面幾個(gè)系列 地 處理器產(chǎn)品以及其他廠商實(shí)現(xiàn) 地 基于ARM 體系結(jié)構(gòu) 地 處理器： ARM7 系列、 ARM9 系列、 ARM9E 系列、 ARM10E 系列、SecurCore 系列、 Intel 地 Xscale 系列、 Intel 地 StrongARM 系列 ARM 體系有變種 ,也就是說有些版本具備特定功能 ,在各個(gè)版 本 地 版本號(hào)上可 4 以體現(xiàn)出來 ,說明如下： T： 支持 16位壓縮指令集 Thumb； D： 支持片上 Debug； M：內(nèi)嵌硬件乘法器（ Multiplier） ,增加用于長(zhǎng)乘法操作 地 指令； I： 嵌入式 ICE,支持片上斷點(diǎn)和調(diào)試點(diǎn)； E：增強(qiáng)型 DSP 指令； ARM 構(gòu)架誕生至今 ,已經(jīng)產(chǎn)生 l多次變革 ,每一次都帶來性能上 地 極大飛躍 ,其過程包括： ★ V1 構(gòu)架（ ARM1） 基本 地 數(shù)據(jù)處理指令（無乘法） 字節(jié)、半字和字 地 Load/Store 指令 轉(zhuǎn)移指令 ,包括子程序 地 調(diào)用和鏈接指令 軟件中斷指令 尋址空間 64MB ★ V2 構(gòu)架（ ARM2,ARM3） 增加乘法和乘法指令 增加支持協(xié)處理器 地 操作 增加快速中斷模式 增加 SWP/SWPB 地 存儲(chǔ)器和寄存器交換指令 ★ V3 構(gòu)架（ ARM6） 增加 lMRS/MSR 指令 ,訪問新增 地 CPSR/SPSR 寄存器 增加 l異常處理返回 尋址空間 4GB ★ V4 構(gòu)架（ ARM7, ARM9） 增加符號(hào)化和非符號(hào)化半字及符號(hào)化字節(jié) 地 存取指令 增加 16位 地 Thumb 指令 完善軟件中斷 SWI 指令 ★ V5 構(gòu)架（ ARM10） 帶有鏈接和交換 地 轉(zhuǎn)移 BLX 指令 計(jì)數(shù)前導(dǎo)零 CLZ 指令 BRK 中斷指令 增加 l一些信號(hào)處理 地 指令 ★ V6 構(gòu)架 增加 lSIMD 功能擴(kuò)展 ,為包括音頻 /視頻處理在內(nèi) 地 應(yīng)用系統(tǒng)提供優(yōu)化功能 5 接下來就簡(jiǎn)要介紹一下各主要系列處理器 地 特點(diǎn) （ 1） ARM7 微處理器系列 ARM7 系列微處理器為低功耗 地 32 位 RISC 處理器 ,最適合用于對(duì)價(jià)位和功耗要求較高 地 消費(fèi)類應(yīng)用 ARM7 微處理器系列具有如下特點(diǎn)： ★ 具有嵌入式 ICE－ RT 邏輯 ,調(diào)試開發(fā)方便 ★ 極低 地 功耗 ,適合對(duì)功耗要求較高 地 應(yīng)用 ,如便攜式產(chǎn)品 ★ 能夠提供 ★ 代碼密度高并兼容 16位 地 Thumb 指令集 ★ 對(duì)操作系統(tǒng) 地 支持廣泛 ,包括 Windows CE、 Linux、 Palm OS 等 ★ 指令系統(tǒng)與 ARM9 系列、 ARM9E 系列和 ARM10E 系列兼容 ,便于用戶 地 產(chǎn)品升級(jí) ★ 主頻最高可達(dá) 130MIPS,高速 地 運(yùn)算處理能力能勝任絕大多數(shù) 地 復(fù)雜應(yīng)用 ARM7 系列微處理器 地 主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)椋汗I(yè)控制、 Inter 設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)和調(diào)制解調(diào)器設(shè)備、移動(dòng)電話等多種多媒體和嵌入式應(yīng)用 ARM7系列微處理器包括如下幾種類型 地 核： ARM7TDMI、 ARM7TDMIS、 ARM720T、ARM7EJ其中 ,ARM7TMDI是目前使用最廣泛 地 32位嵌入式 RISC處理器 ,屬低端 ARM處理器核 （ 2） ARM9 微處理器系列 ARM9 系列微處理器在高性能和低功耗特性方面提供最佳 地 性能具有以下特點(diǎn)： ★ 5 級(jí)整數(shù)流水線 ,指令執(zhí)行效率更高 ★ 提供 ★ 支持 32位 ARM 指令集和 16位 Thumb 指令集 ★ 支持 32位 地 高速 AMBA 總線接口 ★ 全性能 地 MMU,支持 Windows CE、 Linux、 Palm OS 等多種主流嵌入式操作系統(tǒng) ★ MPU 支持實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) ★ 支持?jǐn)?shù)據(jù) Cache 和 指令 Cache,具有更高 地 指令和數(shù)據(jù)處理能力 ARM9 系列微處理器主要應(yīng)用于無線設(shè)備、儀器儀表、安全系統(tǒng)、機(jī)頂盒、高端打印機(jī)、數(shù)字照相機(jī)和數(shù)字?jǐn)z像機(jī)等 ARM9 系列微處理器包含 ARM920T、 ARM922T 和 ARM940T 三種類型 ,以適用于不同 地 應(yīng)用場(chǎng)合 （ 3） ARM9E 微處理器系列 6 ARM9E 系列微處理器為可綜合處理器 ,使用單一 地 處理器內(nèi)核提供 l微控制器、 DSP、 Java 應(yīng)用系統(tǒng) 地 解決方案 ,極大 地 減少 l 芯片 地 面積和系統(tǒng) 地 復(fù)雜程度 ARM9E 系列微處理器提供 l增強(qiáng) 地 DSP 處理能力 ,很適合于那 些需要同時(shí)使用DSP 和微控制器 地 應(yīng)用場(chǎng)合 ARM9E 系列微處理器 地 主要特點(diǎn)如下： ★ 支持 DSP指令集 ,適合于需要高速數(shù)字信號(hào)處理 地 場(chǎng)合 ★ 5 級(jí)整數(shù)流水線 ,指令執(zhí)行效率更高 ★ 支持 32位 ARM 指令集和 16位 Thumb 指令集 ★ 支持 32位 地 高速 AMBA 總線接口 ★ 支持 VFP9 浮點(diǎn)處理協(xié)處理器 ★ 全性能 地 MMU,支持 Windows CE、 Linux、 Palm OS 等多種主流嵌入式操作系統(tǒng) ★ MPU 支持實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) ★ 支持?jǐn)?shù)據(jù) Cache 和指令 Cache,具有更高 地 指令和數(shù)據(jù)處理能力 ★ 主頻最高 可達(dá) 300MIPS ARM9 系列微處理器主要應(yīng)用于下一代無線設(shè)備、數(shù)字消費(fèi)品、成像設(shè)備、工業(yè)控制、存儲(chǔ)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等領(lǐng)域 ARM9E 系列微處理器包含 ARM926EJS、 ARM946ES和 ARM966ES三種類型 ,以適用于不同 地 應(yīng)用場(chǎng)合 （ 4） ARM10E 微處理器系列 ARM10E 系列微處理器具有高性能、低功耗 地 特點(diǎn) ,由于采用 l新 地 體系結(jié)構(gòu) ,與同等 地 ARM9 器件相比較 ,在同樣 地 時(shí)鐘頻率下 ,性能提高 l 近 50％ ,同時(shí) ,ARM10E 系列微處理器采用 l 兩種先進(jìn) 地 節(jié)能方式 ,使其功耗極低 ARM10E系列微處理器 地 主要特點(diǎn)如下： ★ 支持 DSP指令集 ,適合于需要高速數(shù)字信號(hào)處理 地 場(chǎng)合 ★ 6 級(jí)整數(shù)流水線 ,指令執(zhí)行效率更高 ★ 支持 32位 ARM 指令集和 16位 Thumb 指令集 ★ 支持 32位 地 高速 AMBA 總線接口 ★ 支持 VFP10 浮點(diǎn)處理協(xié)處理器 ★ 全性能 地 MMU,支持 Windows CE、 Linux、 Palm OS 等多種主流嵌入式操作系統(tǒng) ★ 支持?jǐn)?shù)據(jù) Cache 和指令 Cache,具有更高 地 指令和數(shù)據(jù)處理能力 ★ 主頻最高可達(dá) 400MIPS ★ 內(nèi)嵌并行讀 /寫操作部件 7 ARM10E 系列微處理器主要 應(yīng)用于下一代無線設(shè)備、數(shù)字消費(fèi)品、成像設(shè)備、工業(yè)控制、通信和信息系統(tǒng)等領(lǐng)域 ARM10E 系列微處理器包含 ARM1020E、 ARM1022E 和 ARM1026EJS三種類型 ,以適用于不同 地