【正文】 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低位字節(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。該地址空間的大小232個8位字節(jié)。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。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。R13寄存器對應(yīng)6個不同的物理寄存器，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。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，用戶模式下的寄存器（保證了程序運(yùn)行狀態(tài)）不被破壞。 ARM處理器模式ARM處理器共有7種運(yùn)行模式，：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）。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）。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)锽ootloader是與處理器芯片緊密相連的?！?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?！　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，會在后面相關(guān)篇幅中進(jìn)行介紹?！?支持VFP10浮點(diǎn)處理協(xié)處理器?！?主頻最高可達(dá)300MIPS。　　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)字信號處理的場合?！?支持32位的高速AMBA總線接口。 ★ 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。ARM體系有變種，也就是說有些版本具備特定功能，在各個版本的版本號上可以體現(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）增加符號化和非符號化半字及符號化字節(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)化功能接下來就簡要介紹一下各主要系列處理器的特點(diǎn)。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)锳RM是著名的RISC的擁護(hù)者。如何實(shí)現(xiàn)bootloader的基本功能，如何針對基于ARM體系的微處理器來實(shí)現(xiàn)bootloader，就成為本課題的一個基本論題。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。通常，應(yīng)用系統(tǒng)對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。 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)。XXXXXXXXX2011屆畢業(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) 系 、 部： 計(jì)算機(jī)與信息科學(xué)系 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 職稱 專 業(yè)： 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 班 級： 完成時間： 2011年6月3日 43 / 49摘 要隨著移動設(shè)備的流行和發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)成為一個熱點(diǎn)。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又能做到低功耗。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。不同應(yīng)用對嵌入式軟件系統(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。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。Bootloader本身的功能就是引導(dǎo)與加載內(nèi)核鏡像。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)。 ARM處理器介紹ARM處理器目前包括下面幾個系列的處理器產(chǎn)品以及其他廠商實(shí)現(xiàn)的基于ARM體系結(jié)構(gòu)的處理器：ARM7系列、ARM9系列、ARM9E系列、 ARM10E系列、SecurCore系列、Intel的Xscale系列、Intel的StrongARM系列?！?指令系統(tǒng)與ARM9系列、ARM9E系列和ARM10E系列兼容，便于用戶的產(chǎn)品升級。★ 支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集。ARM9E系列微處理器提供了增強(qiáng)的DSP處理能力，很適合于那些需要同時使用DSP和微控制器的應(yīng)用場合?！?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?！?支持32位的高速AMBA總線接口。它融合了Intel公司的設(shè)計(jì)和處理技術(shù)以及ARM體系結(jié)構(gòu)的電源效率，采用在軟件上兼容ARMv4體系結(jié)構(gòu)、同時采用具有Intel技術(shù)優(yōu)點(diǎn)的體系結(jié)構(gòu)?！?使用單周期指令，便于流水線操作執(zhí)行。一組典型數(shù)據(jù)是：對于ARM7系列處理器，每MHz。3. 高速乘法器：乘法器一般采用“加一移位”的方法來實(shí)現(xiàn)乘法。 圖 ARM構(gòu)架圖 ARM處理器工作狀態(tài)及模式 本節(jié)主要簡單介紹ARM處理器模式，ARM寄存器組，ARM存儲系統(tǒng)，ARM指令集，ARM體系異常中斷等內(nèi)容。當(dāng)應(yīng)用程序發(fā)生異常中斷時，處理器進(jìn)入相應(yīng)的異常模式。： ARM狀態(tài)下的寄存器組，通用寄存器R0－R7在所有的處理器模式下指的都是同一個物理寄存器，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。由于ARM指令是字對齊的，PC值的第0位和第1位總為0。SPSR與CPSR的格式相同，：N（Negative）、Z（Zero）、C（Carry）、V（Overflow）統(tǒng)稱為標(biāo)志位。（1）ARM體系中的存儲空間ARM體系中使用單一的平板地址空間。在bigendian格式中，對于地址為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+3；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低位字節(jié)順序?yàn)锳、A+2；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+1?！? 協(xié)處理器的作用 ARM內(nèi)核可提供協(xié)處理接口，通過擴(kuò)展協(xié)處理器完成更加復(fù)雜的功能?！? opcode 位21－24，操作碼。整個過程是按順序執(zhí)行。通過這兩種指令，程序?qū)⑻D(zhuǎn)到相應(yīng)的異常中斷處理程序處執(zhí)行。但是，任何一個ARM系統(tǒng)，在沒有特定指定的條件下，仍然可以將通用特性（一些通用基本控制模塊）描述出來，在此稱之為ARM最小系統(tǒng)，見下圖： ARM最小系統(tǒng) 從上圖中，可以了解一個基本的ARM最小系統(tǒng)通常包括以下幾個部分：★ ARM core★ 存儲控制器：通過它系統(tǒng)可以接入各種DRAM以及ROM★ 總線橋接：系統(tǒng)總線與外圍總線的連接器★ 中斷控制器：供各種設(shè)備提供中斷服務(wù)★ 串口★ GPIO控制模塊：供各種外設(shè)以及系統(tǒng)擴(kuò)充使用對于一些復(fù)雜系統(tǒng)，還可以有更多的功能性模塊，特別是隨著網(wǎng)絡(luò)通信的發(fā)展，ARM系統(tǒng)中包括了更多的通訊控制模塊。簡單地說，bootloader就是在操作系統(tǒng)內(nèi)核運(yùn)行前運(yùn)行地一段小程序。 Bootloader的操作模式 大多數(shù)bootloader都包含兩種不同的操作模式：“啟動加載”模式和“下載”模式，這種區(qū)別對于開發(fā)人員才有意義。 Bootloader的概念擴(kuò)展 Bootloader最主要的功能是引導(dǎo)加載內(nèi)核鏡像。 對于一個ARM系統(tǒng)來說，本質(zhì)上，bootloader作為引導(dǎo)與加載內(nèi)核鏡像的“工具”，在實(shí)現(xiàn)上，必須提供以下幾個功能，更確切地說，必須做到以下幾點(diǎn)：（1）初始化RAM（必需）：bootloader必須能夠初始化RAM，因?yàn)閷硐到y(tǒng)要通過它保存一些Volatile數(shù)據(jù)，但具體地實(shí)現(xiàn)要依賴與具體的CPU以及硬件系統(tǒng)。5 Bootloader的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 課題研究的平臺環(huán)境 硬件平臺Booltoader是與硬件環(huán)境息息相關(guān)的，特別是與具體的處理器與具體硬件系統(tǒng)相關(guān)。這一結(jié)構(gòu)具有獨(dú)立的16KB指令 Cache和16KB數(shù)據(jù)Cache?！? 內(nèi)部高級微控制總線（AMBA）體系結(jié)構(gòu)(，AHB/APB)。 Bootloader的總體設(shè)計(jì) 階段設(shè)計(jì)在前面的章節(jié)中，已經(jīng)介紹過bootloader的啟動可以是分階段的。而我們基于S3C2440A構(gòu)建的系統(tǒng)將固態(tài)存儲設(shè)備FLASH映射到這個地址上。 階段1的代碼實(shí)現(xiàn)。stack_setup: ldr r0, _TEXT_BASE /* upper 128 KiB: relocated uboot */ sub r0, r0, CFG_MALLOC_LEN /* malloc area */ sub r0, r0, CFG_GBL_DATA_SIZE /* bdinfo */ifdef CONFIG_USE_IRQ sub r0, r0, (CONFIG_STACKSIZE_IRQ+CONFIG_STACKSIZE_FIQ)endif sub sp, r0, 12 /* leave 3 words for abortstack */ bl clock_initifndef CONFIG_SKIP_RELOCATE_UBOOT（8）拷貝Uboot鏡像到SDRAM中。 mem_malloc_brk = mem_malloc_start。 ~(PAGE_SIZE 1)。 char *s, *e。 if (s) s = (*e) ? e + 1 : e。 }endif } devices_init ()。而對于ARM系統(tǒng)的通用bootloader，則從理論上來闡述對于一個ARM系統(tǒng)bootloader所要實(shí)現(xiàn)的功能以及在實(shí)現(xiàn)bootloader時的一些軟硬件上的規(guī)定，并且結(jié)合實(shí)現(xiàn)的bootloder進(jìn)一步的說明如何通過已實(shí)現(xiàn)的bootloader來進(jìn)行簡單的移植以適合其它的ARM系統(tǒng)。以后，應(yīng)該能夠有更多的支持，例如：簡單的tftp協(xié)議；支持一些擴(kuò)展存儲卡（例如MMC卡，CF卡）的支持；以及對應(yīng)的一些文件系統(tǒng)的支持（TFS，F(xiàn)AT等）