【正文】 F：快速中斷禁止位； F＝ 1 時(shí)禁止 FIQ 中斷。大部分的 ARM 指令可以根據(jù) CPSR 中的這些條件標(biāo)志位來選擇性地執(zhí)行。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。 CPSR（當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器）可以在任何處理器模式下被訪問。 程序計(jì)數(shù)器 R15 又被記作 PC。 R13 寄存器對(duì)應(yīng) 6 個(gè)不同的物理寄存器，即除了前面提過的用戶模式與系統(tǒng)模式共用一個(gè)寄存器外，其它模式都有相應(yīng)的物理寄存器；一般地， R13 寄存器在 ARM 中通常用作棧指針，在 ARM 指令中這只是一種習(xí)慣的用法，并沒有任何指令強(qiáng)制性的使用 R13 作為棧指針。 ARM 寄存器組介紹 ARM 處理器一般共有 37 個(gè)寄存器，其中包括： ★ 31 個(gè)通用寄存器，包括程序計(jì)數(shù)器（ PC）在內(nèi)，這些寄存器都是 32 位寄存器； ★ 6 個(gè)狀態(tài)寄存器，這些寄存器也是 32 位寄存器； 上一節(jié)已經(jīng)說過， ARM 處理器共有 7 種不同的處理器模式，在每一種處理 13 器模式中 有一組相應(yīng)的寄存器。在每一種異常模式中都有一組寄存器，供相應(yīng)的異常處理程序使用，這樣就可以保證在進(jìn)入異常模式時(shí)，用戶模式下的寄存器（保證了程序運(yùn)行狀態(tài)）不被破壞。大多數(shù)的用戶程序運(yùn)行在用戶模式下，這時(shí)，應(yīng)用程序不能夠訪問一些受操作系統(tǒng)保 護(hù)的系統(tǒng)資源，應(yīng)用程序也不能直接進(jìn)行處理器模式的切換。 ARM 處理器模式 ARM 處理器共有 7 種運(yùn)行模式，如表 所示： 12 表格 ARM處理器模式 除了用戶模式之外的其他 6 種處理器模式稱為特權(quán)模式（ Privileged Modes）。 6. 寄存器：具體參考下節(jié)相關(guān)介紹。 ARM 為 提高運(yùn)算速度，則采用兩位乘法的方法，根據(jù)乘數(shù)的 2位來實(shí)現(xiàn) “加一移位 ”運(yùn)算 ；ARM 高速乘法器采用 32 8 位的結(jié)構(gòu)，這樣，可以降低集成度（其相應(yīng)芯片面積不到并行乘法器的 1/3）。它由 32 位 ALU、若干個(gè) 32 位通用寄存器以及狀態(tài)寄存器、 32 8 位乘法器、 32 32 位桶形移位寄存器、指令譯碼以及控制邏輯、指 令流水線和數(shù)據(jù) /地址寄存器組成。 10 3 ARM 體系結(jié)構(gòu)介紹 在介紹 具體的 ARM Bootloader的實(shí)現(xiàn)之前，首先介紹一下 ARM的體系結(jié)構(gòu)，因?yàn)?Bootloader 是與處理器芯片緊密相連的。雙核協(xié)同工作，各用所長，有效地提高了數(shù)據(jù)處理能力核傳輸速度，但是 RISC+DSP 分立的雙核結(jié)構(gòu)存在兩核之間互相通信的困難和分別編程的麻煩，為 此發(fā)展了兩核融合在一起的單核結(jié)構(gòu)，同時(shí)將指令集也合二為一，簡化編程提高效率，將 CPU 提升到可快速運(yùn)算多媒體的算法，實(shí)現(xiàn)許多音視頻的解碼功能。 ★ 大量使用寄存器，數(shù)據(jù)處理指令只對(duì)寄存器進(jìn)行操作，只有加載 / 存儲(chǔ)指令可以訪問存儲(chǔ)器，以提高指令的執(zhí)行效率。 基于以上的不合理性， 1979 年美國加州大學(xué)伯克利分校提出了 RISC（ Reduced Instruction Set Computer，精簡指令集計(jì)算機(jī)）的概念， RISC 并非只是簡單地去減少指令，而是把著眼點(diǎn)放在了如何使計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)更加簡 單合理地提高運(yùn)算速度上。 Intel StrongARM 處理器是便攜式通訊產(chǎn)品和消費(fèi)類電子產(chǎn)品的理想選擇，已成功應(yīng)用于多家公司的掌上電腦系列產(chǎn)品 （ 6） Intel Xscale 微處理器系列 有關(guān) Intel Xscale 微處理器系列，會(huì)在后面相關(guān)篇幅中進(jìn)行介紹。 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。 ★ 支持 VFP10 浮點(diǎn)處理協(xié)處理器。 ARM10E 系列微處理器的主要特點(diǎn)如下： ★ 支持 DSP 指令集，適合于需要高速數(shù)字信號(hào)處理的場合。 ★ 主頻最高可達(dá) 300MIPS。 ★ 支持 VFP9 浮點(diǎn)處理協(xié)處理器。 ARM9E 系列微處理器的主要特點(diǎn)如下： ★ 支持 DSP 指令集，適合于需要高速數(shù)字信號(hào)處理的場合。 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。 ★ 支持 32 位的高速 AMBA 總線接口。 （ 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的性能。 ★ 主頻最高可達(dá) 130MIPS，高速的運(yùn)算處理能力能勝任絕大多數(shù)的復(fù)雜應(yīng)用。 ★ 能夠提供 。 ARM 體系有變種，也就是說有些版本具備特定功能，在各個(gè)版本的版本號(hào)上 4 可以體現(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），增加用于長乘法操作的指令； 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)生了多次變革，每一次都帶來性能上的極大飛躍，其過程包括： ★ V1 構(gòu)架（ ARM1） 基本的數(shù)據(jù)處理指令（無乘法） 字節(jié)、半字和字的 Load/Store 指令 轉(zhuǎn)移指令，包括子程序的調(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)處理器的操作 增加快速中斷模式 增加 SWP/SWPB 的存儲(chǔ)器和寄存器交換指令 ★ V3 構(gòu)架（ ARM6） 增加了 MRS/MSR 指令，訪問新增的 CPSR/SPSR 寄存器 增加了異常處理返回 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)的存取指令 增加 16 位的 Thumb 指令 完善軟件中斷 SWI 指令 ★ V5 構(gòu)架（ ARM10） 帶有鏈接和交換的轉(zhuǎn)移 BLX 指令 計(jì)數(shù)前導(dǎo)零 CLZ 指令 BRK 中斷指令 增加了一些信號(hào)處理的指令 ★ V6 構(gòu)架 增加了 SIMD 功能擴(kuò)展，為包括音頻 /視頻處理在內(nèi)的應(yīng)用系統(tǒng)提供優(yōu)化功能 5 接下來就簡要介紹一下各主要系列處理器的特點(diǎn)。 ARM 公司是專門從事基于 RISC 技術(shù)芯片設(shè)計(jì)開發(fā)的公司，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各具特色的芯片。特別是，隨著近年來，微處理器結(jié)構(gòu)由 RISC（精簡指令集）全面取代傳統(tǒng)的 CISC（復(fù)雜指令集），因?yàn)?ARM 是著名的 RISC 的擁護(hù)者。 3 2 ARM 處理器 簡介 嵌入式系統(tǒng)的核心部件是各種類型的嵌入式處理器。如何實(shí)現(xiàn) bootloader 的基本功能，如何針對(duì)基于 ARM 體系的微處理器來實(shí)現(xiàn)bootloader，就成為本課題的一個(gè)基本論題?，F(xiàn)在，專門為嵌入式產(chǎn)品開發(fā)的各個(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。世界上幾乎所有的主要半導(dǎo)體廠商都生產(chǎn)基于 ARM 體系結(jié)構(gòu)的通用芯片，如 TI， Motorola， Intel， NS， Ateml， Philips， SAMSUNG 等。 嵌入式軟件，特別是操作系統(tǒng)的支持，使得對(duì)硬件的要求越來越高。通常，應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)嵌入式軟件的基本要求是體積小、執(zhí)行速度快、具有較好的可剪裁性和可移植性。嵌入式系統(tǒng)是將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、電子技術(shù)和各行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合后的產(chǎn)物，它是一個(gè)技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識(shí)集成系統(tǒng)。 ARM。 ARM。 本文所要研究的就是基于 ARM 嵌入式系統(tǒng) bootloader 的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。最近的一種趨勢是一個(gè)功能強(qiáng)大的嵌入式系統(tǒng)通常需要一種操作系統(tǒng)來給予支持，這 種操作系統(tǒng)是已經(jīng)成熟并且穩(wěn)定的 ,可以是嵌入式的 Linux， WINCE 等等。 作者簽名： 日 期： II 摘 要 隨著移動(dòng)設(shè)備的流行和發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)成為一個(gè)熱點(diǎn)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 系統(tǒng)引導(dǎo)程序（ Bootloader） 的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) I 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。 作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日 期： 使用授權(quán)說明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)校可以公布論文的部分或全部內(nèi)容。嵌入式系統(tǒng)的功能越來越強(qiáng)大，實(shí)現(xiàn)也越來越復(fù)雜，隨之出現(xiàn)的就是可靠性大大降低。究其原因，它的 以 精簡指令構(gòu)架為主又不放棄與復(fù)雜指令平衡的設(shè)計(jì)，使得在獲得高性能的同時(shí)又能做到低功耗。 關(guān)鍵詞 ： 嵌入式系統(tǒng) 。s reduced instruction set architecture and plex instructions not to give a balanced design, makes do while achieving high performance with low power consumption. This paper is to study the ARMbased embedded system design and implementation of is the implementation of embedded systems in the period before the operating system kernel code, and its basic function is to load the kernel image. In practice platform, the subject of hardware S3C2440A used as the ARM9 family processor, with a certain representation, and in order to build a practical platform hardware issues, software to Linux as the operating system. Keywords: embedded system。嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可剪裁來適應(yīng)系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。不同應(yīng)用對(duì)嵌入式軟件系統(tǒng)有不同的要求，并且隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，這些要求也在不斷變化。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。 ARM 技術(shù)以其較高的性能和功效，使得在嵌入式系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。 隨著嵌入式產(chǎn)品中高 端微處理器 ARM 的加入以及軟件上操作系統(tǒng)的支持，使得整個(gè)嵌入式系統(tǒng)擁有了完整的構(gòu)架。 Bootloader 本身的功能就是引導(dǎo)與加載內(nèi)核鏡像。 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) 架的 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 的 linux 作為系統(tǒng)的操作系統(tǒng) ★ 在上述軟硬件開發(fā)系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)基于 S3C2440A 的 bootloader 的基本功能，即引導(dǎo)加載內(nèi)核鏡像的功能 ★ 在 ARM920T 的構(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)的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)的相關(guān)處理 主要內(nèi)容 根據(jù)所涉及的主要研究工作，本文的內(nèi)容主要包括一下幾個(gè)部分：第 2 章簡要敘述 ARM 世界的一些主流處理器以及其優(yōu)勢特點(diǎn)；緊接著第 3 章則詳細(xì)描述了 ARM 的體系結(jié)構(gòu)，指令系統(tǒng)；第 4 章的內(nèi)容是介紹 bootloader 的概念，并專門針對(duì) ARM bootloader 進(jìn)行了詳細(xì)說明；第 5 章在介紹軟硬件平臺(tái)之后詳細(xì)介紹了 bootloadr 的實(shí)現(xiàn)；最后一章進(jìn)行一下總結(jié)與展望。 其中， ARM 是一種近年來在嵌入式系統(tǒng)中有著強(qiáng)大影響力的微處理器設(shè)計(jì)商和制造商， ARM 的設(shè)計(jì)非常適合與小的電源供電系統(tǒng)。目前，采用 ARM 技術(shù)只是產(chǎn)權(quán)（ IP）核的微處理器，即通常我們所說的 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，基于 ARM 技術(shù)的微處理應(yīng)用約占據(jù)了 32 位 R