【正文】 何處理器模式下被訪問。在異常中斷返回退出時(shí)，可以用SPSR種保存的值來恢復(fù)CPSR。[6]所示： 31 30 29 28 27 8 7 6 5 4 0NZCQUnused IFTModes N（Negative）、Z（Zero）、C（Carry）、V（Overflow）統(tǒng)稱為標(biāo)志位。F：快速中斷禁止位；F＝1時(shí)禁止FIQ中斷。該地址空間的大小232個(gè)8位字節(jié)。地址為A的字?jǐn)?shù)包括地址A、A+A+A+3這4個(gè)字節(jié)單元的內(nèi)容。這種存儲(chǔ)器格式如下圖所示： 31 24 23 16 15 8 7 0字單元A半字單元A半字單元A＋2字節(jié)單元A字節(jié)單元A＋1字節(jié)單元A＋2字節(jié)單元A＋3 bigendian格式的存儲(chǔ)系統(tǒng)在littleendian格式中，地址為A的字單元包括字節(jié)單元A、A+A+A+3，其中字節(jié)單元由高位到低位字節(jié)順序?yàn)锳＋A+A+A；地址為A的字單元包括半字單元A、A+2，其中半字單元由高位到地位字節(jié)順序?yàn)锳＋A；地址為A的半字單元包括字節(jié)單元A、A+1，其中字節(jié)單元由高位到低位字節(jié)順序?yàn)锳＋A。根據(jù)cond的不同編碼，可以選擇根據(jù)條件碼標(biāo)志決定指令的執(zhí)行。因此ARM指令中還包括了多條協(xié)處理器指令，使用多達(dá)16個(gè)協(xié)處理器，允許將其他處理器通過協(xié)處理器接口進(jìn)行緊耦合；ARM還包括幾種內(nèi)存管理單元的變種，包括簡(jiǎn)單的內(nèi)存保護(hù)到復(fù)雜的頁面層次。ARM指令按功能大致可以分為跳轉(zhuǎn)指令、數(shù)據(jù)處理指令、乘法類指令、數(shù)據(jù)傳送指令、協(xié)處理器類指令以及雜項(xiàng)指令（包括狀態(tài)寄存器傳送指令、乘法類指令、軟件中斷指令和斷點(diǎn)指令）。l S 位20，表示結(jié)果是否影響狀態(tài)寄存器標(biāo)志位：1影響，0不影響。ARM指令包括60多個(gè)指令，并且支持多種尋址方式：寄存器尋址、立即數(shù)尋址、寄存器間接尋址、寄存器變址尋址、多寄存器尋址、堆棧尋址、塊拷貝尋址以及相對(duì)尋址等。l 通過跳轉(zhuǎn)指令，程序可以跳轉(zhuǎn)到特定的地址標(biāo)號(hào)處執(zhí)行，或者跳轉(zhuǎn)到特定的子程序處執(zhí)行。它可以放在存儲(chǔ)地址的低端，也可以放在存儲(chǔ)地址的高端。下面是ARM體系中各異常中斷向量的描述表：中斷向量偏移地址 異常中斷類型 異常中斷模式 優(yōu)先級(jí)（6最低） 0x00 復(fù)位 監(jiān)管模式 10x04 未定義的指令 未定義指令中止模式 60x08 軟件中斷 監(jiān)管模式 60x0c 指令預(yù)取中止 中止模式 50x10 數(shù)據(jù)訪問中止 中止模式 20x14 保留 未使用 未使用0x18 普通中斷請(qǐng)求 外部中斷模式 40x1c 快速中斷請(qǐng)求 快速中斷模式 3ARM處理器對(duì)異常中斷的響應(yīng)過程如下：l 保存處理器當(dāng)前狀態(tài)、中斷屏蔽位以及各條件標(biāo)志位。l 將程序計(jì)數(shù)器值PC設(shè)置成該異常中斷的中斷向量地址，從而跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的異常中斷處理程序處執(zhí)行。 Intel Xscale系統(tǒng)構(gòu)架本文最終實(shí)現(xiàn)以及驗(yàn)證平臺(tái)是基于Intel Xscale構(gòu)架的，因此在本節(jié)中主要介紹一下Intel Xscale的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)并簡(jiǎn)要介紹一下基于Xscale微架構(gòu)的處理器PXA255。目前，基于Xscale微構(gòu)架的處理器有：IOP310，IOP321，PXA210，PXA250，PXA255，PXA26X等。 PXA255作為本課題的整個(gè)硬件平臺(tái)核心，具有很強(qiáng)的處理能力，同時(shí)兼具低功耗和高集成度的特性。 Bootloader的基本概念一個(gè)嵌入式Linux系統(tǒng)從軟件的角度看通?？梢苑譃樗膫€(gè)層次：引導(dǎo)加載程序、Linux內(nèi)核、文件系統(tǒng)、用戶應(yīng)用程序。在嵌入式Linux中, 。不同的體系結(jié)構(gòu)需求的bootloader是不同的；除了體系結(jié)構(gòu)，bootloader還依賴于具體的嵌入式板級(jí)設(shè)備的配置。從固態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備上啟動(dòng)的bootloader大多數(shù)是二階段的啟動(dòng)過程，也即啟動(dòng)過程可以分為stage 1和stage 2兩部分。這種模式是bootloader的正常工作模式，因此當(dāng)以嵌入式產(chǎn)品發(fā)布的時(shí)候，bootloader必須工作在這種模式下。工作于這種模式下的bootloader通常都會(huì)向它的中斷用戶提供一個(gè)簡(jiǎn)單的命令行接口。 ARM Bootloader的共性從上面bootloader的基本概念可以看出，bootloader的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)是與具體的CPU以及具體的硬件系統(tǒng)緊密相關(guān)的，從上一章的實(shí)現(xiàn)就可以看出，要實(shí)現(xiàn)一個(gè)通用的ARM bootloader，即要適合所有的ARM處理器以及硬件系統(tǒng)，是不太可能的事情。對(duì)于ARM bootloader的一些共同特性，理論上只局限于bootloader的基本功能，因?yàn)閿U(kuò)展功能眾多，可以有串口、USB、以太網(wǎng)接口、IDE、CF等，無法進(jìn)行歸納與總結(jié)。（4） 啟動(dòng)內(nèi)核鏡像（必需）：根據(jù)內(nèi)核鏡像保存的存儲(chǔ)介質(zhì)不同，可以有兩種啟動(dòng)方式：FALSH啟動(dòng)以及RAM啟動(dòng)；但是無論是哪種啟動(dòng)方式，下面的系統(tǒng)狀態(tài)必須得到滿足：l CPU寄存器的設(shè)置： R0＝0； R1＝機(jī)器類型； R2＝啟動(dòng)參數(shù)標(biāo)記列表在RAM中的起始地址； 這三個(gè)寄存器的設(shè)置是在最后啟動(dòng)內(nèi)核時(shí)通過啟動(dòng)參數(shù)來傳遞完成的。l Bootloader啟動(dòng)內(nèi)核鏡像的方法是通過跳轉(zhuǎn)語句直接跳轉(zhuǎn)至內(nèi)核鏡像的第一句指令語句。對(duì)于本本文，其具體的實(shí)現(xiàn)與驗(yàn)證都需要具體的硬件環(huán)境。對(duì)其研究，既有一定的典型性，又有一定的前瞻性。 編譯環(huán)境本文所使用的編譯工具均為GNU的編譯工具。在以后篇幅介紹具體bootloader的實(shí)現(xiàn)時(shí)，基本就根據(jù)以上流程進(jìn)行開發(fā)。階段1用主要用匯編語言，它主要進(jìn)行與CPU核以及存儲(chǔ)設(shè)備密切相關(guān)的處理工作，進(jìn)行一些必要的初始化工作，是一些依賴于CPU體系結(jié)構(gòu)的代碼，為了增加效率以及因?yàn)樯婕暗絽f(xié)處理器的設(shè)置，只能用匯編編寫，這部分直接在FLASH中執(zhí)行；階段2用一般的C語言，來實(shí)現(xiàn)一般的流程以及對(duì)板級(jí)的一些驅(qū)動(dòng)支持，這部分會(huì)被拷貝到RAM中執(zhí)行。PXA255系統(tǒng)復(fù)位后，從物理地址的0x00000000開始執(zhí)行第一段代碼，這個(gè)地址是由 CPU制造商預(yù)先安排的。所以bootloader在啟動(dòng)時(shí)以及加載內(nèi)核時(shí)通常要考慮這一點(diǎn)。為了在兩者之間做到兼顧，本課題既支持啟動(dòng)加載模式，也支持下載模式，具體思路為：在bootloader做完一些硬件初始化工作后，而在加載內(nèi)核鏡像之前，先在一定的時(shí)間內(nèi)等待有沒有用戶有鍵盤輸入，如果沒有，則為啟動(dòng)加載模式，直接加載內(nèi)核鏡像進(jìn)行啟動(dòng)；如果有，則進(jìn)入命令行格式，這時(shí)開發(fā)者就可以根據(jù)自己的需要以及bootloader的支持情況，做一些其他的工作。.m MonStack, MonStackSz .m FiqStack, FiqStackSz .m IrqStack, IrqStackSz .m AbtStack, AbtStackSz .m UndStack, UndStackSz .m SysStack, SysStackSz （4）接著就是申明一些標(biāo)號(hào)量（代碼略）。 ldr r0, =0x2001 mcr p15,0,r0,c15,c1,02． 關(guān)閉MMU，內(nèi)部指令/數(shù)據(jù)cache以及寫緩沖區(qū)，ARM體系bootloader中都無需MMU的功能，所有。以reset標(biāo)號(hào)標(biāo)識(shí)，一開始處設(shè)置異常中斷向量表，當(dāng)是冷啟動(dòng)時(shí)，直接跳轉(zhuǎn)至對(duì)應(yīng)處進(jìn)行啟動(dòng)：reset： b coldstart b undefined_instruction b software_interrupt b abort_prefetch b abort_data b not_used b interrupt_request b fast_interrupt_request系統(tǒng)正常啟動(dòng)，都屬于冷啟動(dòng)，程序直接跳轉(zhuǎn)至coldstart標(biāo)號(hào)處執(zhí)行。 .equ MonStackSz, 4096 .equ FiqStackSz, 4096 .equ IrqStackSz, 4096 .equ AbtStackSz, 4096 .equ UndStackSz, 4096 .equ SysStackSz, 4096（2）申明各模式的棧。綜合起來，整個(gè)bootloader的實(shí)現(xiàn)流程可以如下圖所示： 基本硬件初始化 階段1 拷貝階段2鏡像至RAM 進(jìn)入階段2開始執(zhí)行 擴(kuò)展功能所需硬件初始化 拷貝內(nèi)核鏡像至RAM中 階段2 等待50ms 看是否串口有 輸入 是 否 進(jìn)入下載模式 跳轉(zhuǎn)至內(nèi)核鏡像 接收命令 Bootloader的具體實(shí)現(xiàn) 從本節(jié)開始介紹本課題的bootloader的具體代碼實(shí)現(xiàn)。在本課題中，將物理地址的0x00000000－0x00040000存放bootloader的鏡像，內(nèi)核鏡像放在物理地址開始0x000c0000之后的1M空間內(nèi)（內(nèi)核鏡像一般都小于1M大?。辉谇懊娴碾A段設(shè)計(jì)中已經(jīng)談及鏡像2在SDRAM中運(yùn)行，這樣bootloader的啟動(dòng)速度會(huì)大大加快，因此本課題將鏡像2放在SDRAM的起始地址0xa0000000處運(yùn)行；而內(nèi)核鏡像則規(guī)劃至物理地址的0xa0300000處執(zhí)行（放在這邊是基于這樣的考慮：linux內(nèi)核會(huì)在SDRAM開始處存放一些全局?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，比如啟動(dòng)參數(shù)和內(nèi)核頁表等，所以預(yù)留一段空間）。當(dāng)Bootloader放到FLASH的起始處后，系統(tǒng)加電或者復(fù)位后，CPU將首先執(zhí)行bootloader程序。 地址規(guī)劃設(shè)計(jì)當(dāng)bootloader階段設(shè)計(jì)好之后，需要考慮的是鏡像存儲(chǔ)的地址分配：總鏡像保存在什么地方，階段2對(duì)應(yīng)的鏡像會(huì)被拷貝到什么地方；內(nèi)核鏡像原先存放在什么地方，bootloader會(huì)把它又重新加載到什么地方；如何進(jìn)行準(zhǔn)確的地址規(guī)劃以保證沒有相互沖突等等，這些都是本節(jié)需要考慮的范疇。在設(shè)計(jì)時(shí)，我們將bootloader分為兩個(gè)階段：階段1和階段2。GNU的編譯器功能非常強(qiáng)大，共有上百個(gè)操作選項(xiàng)，不過在本課題實(shí)際開發(fā)中只需要用到有限的幾個(gè)，大部分采用缺省選項(xiàng)。 軟件環(huán)境以及軟件開發(fā)工具 操作系統(tǒng)本文操作系統(tǒng)使用的是開放源碼的Linux操作系統(tǒng)，因此最終bootloader的實(shí)現(xiàn)是針對(duì)Linux操作系統(tǒng)的，加載的kernel鏡像也是Linux kernel生成。整個(gè)系統(tǒng)的硬件框架如圖所示。 課題研究的平臺(tái)環(huán)境在本章開始，首先介紹本文研究的硬件平臺(tái)和軟件開發(fā)平臺(tái)。l Cache和MMU的設(shè)置： MMU必須關(guān)閉；數(shù)據(jù)cache必須關(guān)閉；指令cache可以關(guān)閉也可以開啟；Bootloader中所有對(duì)地址的操作都是使用物理地址，是實(shí)在的實(shí)地址，不存在虛擬地址，因此MMU必須關(guān)閉。（2） 初始化串口（可選，推薦）：bootloader應(yīng)該要初始化以及使能至少一個(gè)串口，通過它與控制臺(tái)聯(lián)系進(jìn)行一些debug的工作；甚至與PC通信。但是，我們還是可以根據(jù)ARM的體系結(jié)構(gòu)，從理論上總結(jié)出一些ARM系統(tǒng)bootloader實(shí)現(xiàn)的共性，而這僅僅局限于理論上。但是隨著嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展，bootloader已經(jīng)逐漸在基本功能的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了擴(kuò)展，bootloader可以更多地增加對(duì)具體系統(tǒng)的板級(jí)支持，即增加一些硬件模塊功能上的使用支持，以方便開發(fā)人員進(jìn)行開發(fā)和調(diào)試。從主機(jī)下載的文件通常首先被bootloader保存到目標(biāo)機(jī)的RAM中，然后被bootloader寫到目標(biāo)機(jī)上的FLASH類固態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備中。但從最終用戶的角度看，bootloader的作用永遠(yuǎn)就是用來加載操作系統(tǒng)，而并不存在所謂的啟動(dòng)加載模式與下載工作模式的區(qū)別。Bootloader的啟動(dòng)過程可以是單階段的，也可以是多階段的。通過這段小程序，我們可以初始化必要的硬件設(shè)備，創(chuàng)建內(nèi)核需要的一些信息并將這些信息通過相關(guān)機(jī)制