【正文】 處理器的特點(diǎn)。 　?。?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?！　。?支持32位的高速AMBA總線接口?！　RM9E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)字信號處理的場合?！　。?主頻最高可達(dá)300MIPS?！　。?支持VFP10浮點(diǎn)處理協(xié)處理器?！　ntel 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。－ 大量使用寄存器，數(shù)據(jù)處理指令只對寄存器進(jìn)行操作，只有加載/ 存儲指令可以訪問存儲器，以提高指令的執(zhí)行效率。 ARM體系結(jié)構(gòu)介紹 第二章 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)锽ootloader是與處理器芯片緊密相連的。ARM為了提高運(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328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）。在這些模式下，程序可以訪問所有的系統(tǒng)資源，也可以任意地進(jìn)行處理器模式的切換。系統(tǒng)模式并不是通過異常過程進(jìn)入的，它和用戶模式具有完全一樣的寄存器。而對于R8－R12寄存器組，除了在快速中斷模式下有自己專有的物理寄存器，其它模式下也共有統(tǒng)一物理寄存器。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。[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。該地址空間的大小232個(gè)8位字節(jié)。這種存儲器格式如下圖所示： 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。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，包括簡單的內(nèi)存保護(hù)到復(fù)雜的頁面層次。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。l 通過跳轉(zhuǎn)指令，程序可以跳轉(zhuǎn)到特定的地址標(biāo)號處執(zhí)行，或者跳轉(zhuǎn)到特定的子程序處執(zhí)行。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（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 普通中斷請求 外部中斷模式 40x1c 快速中斷請求 快速中斷模式 3ARM處理器對異常中斷的響應(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。 Intel Xscale系統(tǒng)構(gòu)架本文最終實(shí)現(xiàn)以及驗(yàn)證平臺是基于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)并簡要介紹一下基于Xscale微架構(gòu)的處理器PXA255。 PXA255作為本課題的整個(gè)硬件平臺核心，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。在嵌入式Linux中, 。從固態(tài)存儲設(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。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)簡單的命令行接口。對于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)。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。對其研究，既有一定的典型性，又有一定的前瞻性。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)。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。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)號量（代碼略）。以reset標(biāo)號標(biāo)識，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)號處執(zhí)行。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)。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。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。 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Linux操作系統(tǒng)的，加載的kernel鏡像也是Linux kernel生成。 課題研究的平臺環(huán)境在本章開始，首先介紹本文研究的硬件平臺和軟件開發(fā)平臺。（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，通過它與控制臺聯(lián)系進(jìn)行一些debug的工作；甚至與PC通信。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可以更多地增加對具體系統(tǒng)的板級支持，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。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。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)制傳遞給內(nèi)核，從而將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境帶到一個(gè)合適的狀態(tài)，最終調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)核，真正起到引導(dǎo)和加載內(nèi)核的作用。 Bootloader的概念第三章 Bootloader的概念本文在實(shí)現(xiàn)以及驗(yàn)證上都以開放源代碼的linux為操作系統(tǒng)，因此，在眾多舉例以及圖表描述中，多以linux系統(tǒng)為例子。[7]所示為Xscale系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。l 設(shè)置當(dāng)前的程序狀態(tài)寄存器CPSR中相應(yīng)的位，包括設(shè)置CPSR中的位，使處理器進(jìn)入相應(yīng)的執(zhí)行模式；設(shè)置CPSR中的位，禁止IRQ中斷，當(dāng)進(jìn)入FIQ模式時(shí)，禁止FIQ模式。在異常中斷處理程序執(zhí)行完成后，程序返回到發(fā)生中斷的指令的下一條指令處執(zhí)行。l Rd 位12－15，目標(biāo)寄存器編碼。Thumb指令集的整體執(zhí)行速度比ARM32位指令集快，而且提高了代碼密度。標(biāo)準(zhǔn)的ARM指令每條都是32位，有些ARM核還可以執(zhí)行16位的Thumb指令集。ARM的地址空間也可以看作是230個(gè)32位的字單元。各條件標(biāo)志位的具體含義如下：N：當(dāng)兩個(gè)補(bǔ)碼表示的有符號整數(shù)運(yùn)算時(shí)，N＝1表示運(yùn)算的結(jié)果為負(fù)數(shù)；N＝0表示運(yùn)算結(jié)果為正數(shù)或零；Z：Z＝1表示運(yùn)算結(jié)果為零；Z＝0表示運(yùn)算的結(jié)果不為零；C：在加法指令中，當(dāng)結(jié)果產(chǎn)生了進(jìn)位，則C＝1；其他情況下C＝0； 在減法指令中，當(dāng)運(yùn)算中發(fā)生借位，則C＝0；其他情況下C＝0；V：對于加/減法運(yùn)算指令，當(dāng)操作數(shù)和運(yùn)算結(jié)果為二進(jìn)制的補(bǔ)碼表示的帶符號數(shù)時(shí)，V＝1表示符號位溢出CPSR的低8位稱為控制位，當(dāng)異常中斷發(fā)生時(shí)這些位發(fā)生改變。每一種處理器異常模式下都有一個(gè)專用的物理狀態(tài)寄存器，稱為SPSR（備份程序狀態(tài)寄存器）。R14寄存器又被稱為連接寄存器（Link Register，LR），在ARM體系中有下面兩種特殊的作用[6]：l 每一種處理器模式自己的物理R14中存放當(dāng)前子程序的返回地址。它主要供操作系統(tǒng)任務(wù)使用。處理器模式可以通過軟件控制進(jìn)行切換，也可以通過外部中斷或異常處理過程進(jìn)行切換。FPA10浮點(diǎn)加速器是作為協(xié)處理方式與ARM相連，并通過協(xié)處理指令的解釋來執(zhí)行。 ARM core描述盡管本本文實(shí)現(xiàn)主要涉及軟件上的開發(fā)，但是軟件上代碼的實(shí)現(xiàn)更多的都涉及芯片構(gòu)架，因此在這里簡要介紹一下一般ARM core構(gòu)架。Thumb指令集比通常的8位和16位RISC/CISC處理器具有更好的代碼密度，而芯片面積只增加6％，可使程序存儲器更小。 RISC指令集 傳統(tǒng)的CISC（Complex Instruction Set Computer，復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)）結(jié)構(gòu)有其固有的缺點(diǎn)，即隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而不斷引入新的復(fù)雜的指令集，為支持這些新增的指令，計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)會(huì)越來越復(fù)雜，然而，在CISC指令集的各種指令中，其使用頻率卻相差懸殊，大約有20％的指令會(huì)被反復(fù)使用，占整個(gè)程序代碼的80％?！　。?支持?jǐn)?shù)據(jù)Cache和指令Cache，具有更高的指令和數(shù)據(jù)處理能力　?。?主頻最高可達(dá)400MIPS?！　RM9E系列微處理器包含ARM926EJS、ARM946ES和ARM966ES三種類型，以適用于不同的應(yīng)用場合?！　。?支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集?！　。?MPU支持實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)?！　RM7系列微處理器包括如下幾種類型的核：ARM7TDMI、ARM7TDMIS、ARM720T、ARM7EJ。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。1991年ARM公司成立于英國劍橋，主要出售芯片設(shè)計(jì)技術(shù)的授權(quán)。第五章， 實(shí)驗(yàn)結(jié)果的一些分析與