【導(dǎo)讀】題目:分析與設(shè)計(jì)基于嵌入式啟動(dòng)加載器的電動(dòng)助力向系統(tǒng)

　　

【正文】 理器通過測試結(jié)果電流與目標(biāo)電流的對比控制汽車。 當(dāng)電流或速度大于設(shè)定值時(shí)，微處理器將發(fā)送一個(gè)信號，斷開電源以保護(hù)系統(tǒng)。 啟動(dòng)加載器 啟動(dòng)加載器 是在目標(biāo)設(shè)備的一些代碼。他的主要任務(wù)是初始化硬件和將 OS 映像下載到內(nèi)存。在靜態(tài) 方面， 啟動(dòng)加載器 是由 BLCommon、 OEM 代碼、 Eboot、內(nèi)存管理器和EDBG 驅(qū)動(dòng)等組成，如例圖 2 所示。 BLCommon 是 啟動(dòng)加載器 的通用框架， 依賴于硬件的OEM代碼是一個(gè)初始化程序，這些程序包含一些功能，這部分是 啟動(dòng)加載器 的最難部分。Eboot 有以太網(wǎng)功能，例如 UDP、 DHCP、ＴＦＴＰ程序等。程序管理是用于永久儲存的分配管理程序，ＥＤＢＧ是調(diào)試網(wǎng)卡的驅(qū)動(dòng)。 Windows CE 的 啟動(dòng)加載器 有 3個(gè)作用。它的可執(zhí)行序列如圖 3所示。 （ 1） 初始化硬件：包括初始化內(nèi)存，中斷控制器，時(shí)鐘和 MMU等。 （ 2） 控制啟動(dòng)：啟動(dòng)加載器通常為用戶提供一個(gè)簡單的替代菜單，讓用戶選擇啟動(dòng)程序。 （ 3） 下載并執(zhí)行 OS映像。 首先，系統(tǒng)通電后，啟動(dòng)加載器通常會代碼重置。啟動(dòng)加載器將會使自己從一個(gè)地方移動(dòng)到另一個(gè)地方以便在這一部進(jìn)行更方便的訪問。然后，啟動(dòng)加載器配置內(nèi)存以使加載器啟動(dòng)。 緊接著，設(shè)置環(huán)境變量以執(zhí)行 C代碼，啟動(dòng)加載器跳躍執(zhí)行主要功能。在此之后，啟動(dòng)加載器初始化調(diào)試端口和其他設(shè)備。盡早使用調(diào)試端口也可以幫助調(diào)試啟動(dòng)加載器本身。 然后啟動(dòng)加載器執(zhí)行自我檢查，如果自檢查通過，將會下載 OS 映像。最后系統(tǒng)將會執(zhí)行操作OS映像。 像剛才在硬件平臺所描述的，這個(gè)系統(tǒng)包括用于儲存程序的 NAND 閃存，和 支持 NAND閃存的 S3C2410X，在這種情況下， NAND 閃存啟動(dòng)加載器被這個(gè)設(shè)計(jì)所采用。啟動(dòng)時(shí)， NAND的第一個(gè) 4kb 內(nèi)存將會被加載到起步階段，且啟動(dòng)代碼也將被加載到起步階段。 NAND 閃存啟動(dòng)加載器被稱為 Nboot。 Nboot 初始化處理器和 NAND 閃存，完成 ARM 的啟動(dòng)過程，叫做Eboot程序。通常當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)充電或復(fù)位，它的處理器應(yīng)當(dāng)被初始化； 這個(gè)工作應(yīng)當(dāng)被啟動(dòng)加載器完成。啟動(dòng)加載器的這一部分是用匯編語言。啟動(dòng)加 載器需要注意的細(xì)節(jié)如下所示： （ 1） 編寫匯編語言的啟動(dòng)加載器 （ 2） 禁止中斷 （ 3） 是 CPU處于監(jiān)管模式 （ 4） 將異常的載體名單放入到圖像的開始位置 ARM處理器也如此操作。剛開始時(shí)， ARM處理器必須被初始化，它的進(jìn)程如下： （ 1） 設(shè)置入口點(diǎn) （ 2） 配置異常載體名單 （ 3） 禁止看管程序 （ 4） 禁止中斷 （ 5） 配置 PPL （ 6） 關(guān)閉 MMU/MPU （ 7） 初始化存儲 （ 8） 復(fù)制 RW數(shù)據(jù)部分 （ 9） 清除 ZI數(shù)據(jù)部分 （ 10） 初始化堆棧點(diǎn) （ 11） 開始中斷系統(tǒng) （ 12） 設(shè)置 CPU型號 （ 13） 跳到主要功能 設(shè)置入口點(diǎn)是第一個(gè)應(yīng)當(dāng)被執(zhí)行的任務(wù)，每個(gè)圖像只有一個(gè)入口點(diǎn)。通常被標(biāo)記為ENTRY。當(dāng)異常情況發(fā)生時(shí) ，程序跳到異常載體名單，同時(shí)切換到相應(yīng)的功能。異常載體名單應(yīng)當(dāng)被放在 8*4的內(nèi)存空間中。在 ARM構(gòu)架中定義了 7個(gè)中斷，他們是 Reset， Undefined， SWI,Prefect， Abort， IRQ，和 FIQ。 當(dāng)程序運(yùn)行是，如果 RAM的開始地址是 0，則異常載體名單應(yīng)當(dāng)被重建。如果中斷沒被應(yīng)用，則該功能應(yīng)當(dāng)被指向一個(gè)循環(huán)以便避免由錯(cuò)誤中斷引起的混亂。考慮到 ARM的啟動(dòng)過程， Nboot的設(shè)計(jì)過程如圖 4所示： Nboot調(diào)用 main函數(shù)最后應(yīng)當(dāng)完成這些任務(wù)： （ 1） 啟用 MMU （ 2） 初始化串口 （ 3） 輸出串口信息 （ 4） 初始 化 NAND閃存 （ 5） 從 NAND閃存中讀取 Eboot （ 6） 加載 Eboot . Eboot 第一個(gè)被 Eboot 調(diào)用的程序是 Startup( )，然后 Startup( )調(diào)用 Bootloadermian( )去完成大部分的任務(wù)， 它的可執(zhí)行流程圖如圖 5所示 ： 系統(tǒng)通電之后，第一個(gè)被執(zhí)行的 Eboot 功能是 Startup( )，此功能用匯編語言編輯，且被定位在 。 Startup( )函數(shù)初始化 CPU和其他內(nèi)部邏輯設(shè)備。 Startup( )函數(shù)需要完成的任務(wù)取決于硬件。但是一般來說， Startup( )函數(shù)完成如下任務(wù)： （ 1） 設(shè)置 CPU處于監(jiān)管模式，在這種模式下內(nèi)存和硬件可以沒有限制的訪問 （ 2） 保護(hù) CPU抵御所有中斷 （ 3） 關(guān)閉 MMU和 TLB （ 4） 是高速緩存和寫緩存失效 （ 5） 初始化內(nèi)存控制器 （ 6） 初始化芯片上的其他設(shè)備，如時(shí)鐘 （ 7） 設(shè)置并打開 MMU以映射物理地址到邏輯地址，并打開高速緩存 （ 8） 復(fù)制 Eboot代碼到 RAM，并跳到 RAM中的 Eboot代碼 （ 9） 跳到 main（）函數(shù) Startup( )函數(shù)只執(zhí)行完成初始化任務(wù)的最基本任務(wù)，然后跳到 main（）函數(shù)。同時(shí)Startup( )函數(shù)確定啟動(dòng)模型，然后用一個(gè)特殊 的方法處理睡眠模式。因?yàn)槊總€(gè) CPU和硬件平臺需要不同的初始化，程序員必須修改 文件。 下面就是這些功能的描述： (1) BootloaderMain： BootloaderMain（）是 BLCommon 庫控制可執(zhí)行文件的最重要功能，它也是 BLCommon 庫的入口點(diǎn)。 BootloaderMain( )就是為啟動(dòng)加載器實(shí)現(xiàn)一個(gè)共同的、一致的框架。 (2) OEMDebugInit：當(dāng)啟動(dòng)加載器啟動(dòng)時(shí)， OEMDebugInit 是 BootloaderMain( )函數(shù)調(diào)用的第一個(gè)函數(shù)。 該函數(shù)應(yīng)當(dāng)完成的主要任務(wù)是初始化 調(diào)試端口，這個(gè)調(diào)用通常被用來初始化串行 UART調(diào)試端口。 (3) OEMPlatformInit： OEMPlatformInit（）是 OEMDebugInit( )函數(shù)完成后 BLCommon調(diào)用的第二個(gè)函數(shù)。 OEMPlatformInit( )函數(shù)是用來完成特定平臺的初始化，如時(shí)鐘，驅(qū)動(dòng)程序和運(yùn)輸初始化。 當(dāng)啟動(dòng)過程中斷時(shí)， OEMPlatformInit( )函數(shù)可以顯示啟動(dòng)加載菜單。 (4) OEMPreDownLoad： OEMPreDownLoad（）是在下載一個(gè)運(yùn)行時(shí)間映像之前被 BLCommon 所調(diào)用的函數(shù)。 (5) DownloadImage：程序員不應(yīng)當(dāng)修改 BLCommon 庫中的 DownloadImage（）函數(shù)。該函數(shù)與運(yùn)輸中介無關(guān)。 (6) OEMLaunch：該程序從建造平臺上收集下載連接信息并跳到新的 下載的圖像。此函數(shù)是BLCommon 庫所調(diào)用的最后一個(gè)函數(shù)，并負(fù)責(zé)跳躍和啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)映像。 (7) OEMReadData：此函數(shù)在下載過程中讀取數(shù)據(jù)。 (8) OEMShowProgress：此功能是在一個(gè) LED 顯示視覺信息，例如，讓用戶知道下載正在進(jìn)行中。這就是所謂的下載進(jìn)度。 (9) OEMMapMemAddr： 此函數(shù)處理下載的東西。 (10) OEMIsFlashAddr：此函數(shù)確定所提供的地址是否是平臺上的隱藏內(nèi)存或 RAM的地址范圍。根據(jù)這個(gè)調(diào)用的結(jié)果，被下載的 OS 映像可能就是隱藏內(nèi)存，例如，閃存的更新是通過提供一個(gè)基于 RAM的文件緩存區(qū)支持下載來完成的。 (11) OEMWriteFlash：此函數(shù)寫入可能被存儲在 RAM文件緩存區(qū)的 OS映像。 (12) OEMStartEraseFlash：當(dāng)下載過程開始時(shí)被調(diào)用。 (13) OEMFinishEraseFlash：當(dāng)運(yùn)行時(shí)圖像被完全下載時(shí)被調(diào)用，允許啟動(dòng)加載器完成所有的閃存擦除行動(dòng)。 (14) OEMContinueEraseFlash：被每 個(gè)運(yùn)行時(shí)圖像所調(diào)用。記錄下載以便啟動(dòng)加載器繼續(xù)閃存擦除操作。 啟動(dòng)加載器的實(shí)現(xiàn) 啟動(dòng)加載器是由微軟提供的 Eboot、 OEM 函數(shù)庫所組成。這些庫不能被修改， Eboot 可能需要寫入， OEM 函數(shù)需要被程序員編寫。 OEM函數(shù)有兩個(gè)功能，一個(gè)是需要功能，另一個(gè)是可選功能。 BLCommon 庫直接調(diào)用所需的功能。通常 BLCommon 調(diào)用 OEM的可選功能，關(guān)鍵是初始化狀態(tài)是空的，如果可選 OEM功能調(diào)用，這一點(diǎn)應(yīng)當(dāng)被評估。 所需的 OEM 功能 （ 1）控制流 功能 ：這個(gè) 功能 被 BootloaderMain( )函數(shù)所調(diào)用以便控制啟動(dòng)加載器的可執(zhí)行文件流。 （ 2）調(diào)試 功能 ：調(diào)試 功能 的主要任務(wù)是傳送一些信息，并跟蹤程序的可執(zhí)行文件，同時(shí)與用戶溝通。 （ 3）下載 功能 ： 下載功能被稱為啟動(dòng)加載器下載操作系統(tǒng)映像。 （ 4）閃光功能：如果啟動(dòng)加載器使操作系統(tǒng)映像閃光，閃光程序是必須的。正如我們所知，這里有擦除功能，它使啟動(dòng)加載器可以同時(shí)下載和擦除圖像，它能有效改善系統(tǒng)，但是通常在擦除后才能進(jìn)行寫操作。 （ 5）以太網(wǎng)控制器功能 （ 6）定時(shí)器功能：定時(shí)器功能是 OEMEthGetSecs( )函數(shù)，該函數(shù)返回由指定的固定時(shí)間開始所經(jīng) 過的秒數(shù)。 （ 7）初始化功能：由于 Eboot 的設(shè)置，初始化功能被執(zhí)行。 可選 OEM功能 在 Eboot中有一些 OEM可選功能，這些列入下表。 （ 1） OEMCheckSignature()：此功能驗(yàn)證簽名的文件 （ 2） OEMMultiBINNotify( )：此功能節(jié)省了下載文件的數(shù)目、地址和大小 （ 3） OEMVerifyMemory( )：此功能驗(yàn)證所提供的地址是有效的內(nèi)存 配置和建立啟動(dòng)加載器 啟動(dòng)加載器的源代碼是由 C 語言和匯編語言所編輯的代碼所組成，這些代碼被平臺建造者所編制 。這 需要一些文件以確定哪些源代碼需要被編 譯，以及如何編譯和鏈接源代碼、遍歷目錄。因此， 程序員應(yīng)該編輯源文件，生成的文件，和其他文件。 （ 1） 源文件：源文件是一個(gè)文本文件，它是在子目錄里為源代碼設(shè)置宏觀定義。此用這些宏觀定義去確定如何去編譯和鏈接源代碼 （ 2） 迪爾斯文件：迪爾斯文件是一個(gè)文本文件，它指定包含要被創(chuàng)建的源代碼的子目錄。 （ 3） 工程文件：在包括一個(gè)源文件的源代碼樹中，每一個(gè)子目錄也包含一個(gè)工程文件，在創(chuàng)建平臺，工程文件只包含常見的工程文件 ，它包含一些鏈接規(guī)則，使用規(guī)則，源代碼中指定的源文件或者鏈接對象模塊。 （ 4） ： 正如 我們所知，源代碼是一個(gè) exe 文件，但是文件的閃光是一個(gè)二進(jìn)制圖像文件。 結(jié)論 在這個(gè)設(shè)計(jì)中，串行端口用 DNW軟件調(diào)試啟動(dòng)加載器，就像圖 6所示，啟動(dòng)加載器配置從串行端口輸出。 配置完成后，我們選擇“現(xiàn)在下載圖片”，然后設(shè)置“鏈接選項(xiàng)”，執(zhí)行“附加設(shè)備”命令以便下載圖片文件，如圖 7所示。 從圖 7中，我們知道啟動(dòng)加載器運(yùn)行良好，它可以完成下載任務(wù)。這些是基于 Windows CE S3C2410X 處理器已經(jīng)在 EPS系統(tǒng)中成功運(yùn)行。 啟動(dòng)加載器依賴于 CPU的性能，外圍設(shè)備和操作系統(tǒng)，因此 上面的設(shè)計(jì)不是固定的和一成不變的，在其他的實(shí)際應(yīng)用中適當(dāng)?shù)男薷氖潜匾摹?