【正文】 Bootloader IV 目 錄 摘 要 .............................................................. I ABSTRACT.......................................................... III 1 緒言 ............................................................. 1 研究背景 .................................................... 1 主要研究工作 ................................................ 2 主要內(nèi)容 .................................................... 2 2 ARM 處理器簡介 ................................................... 3 ARM 處理器 .................................................. 3 ARM 處理器介紹 ........................................ 3 ARM 處理器 地 優(yōu)勢 ............................................ 7 RISC 指令集 ........................................... 7 低功耗 ................................................ 8 3 ARM 體系結(jié)構(gòu)介紹 ................................................ 10 ARM core 描述 .............................................. 10 ARM 處理器工作狀態(tài)及模式 ................................... 11 ARM 處理器模式 ....................................... 11 ARM 寄存器組介紹 ..................................... 12 ARM 存儲系統(tǒng) ......................................... 15 ARM 指令集介紹 ....................................... 16 ARM 體系 地 異常中斷 ................................... 17 ARM 最小系統(tǒng)描述 ........................................... 18 4 Bootloader 地 概念 ............................................... 20 Bootloader 地 基本概念 ...................................... 20 Bootloader 地 操作模式 ...................................... 21 Bootloader 地 概念擴展 ...................................... 21 ARM Bootloader 地 共性 ...................................... 22 5 Bootloader 地 設計與實現(xiàn) ......................................... 24 課題研究 地 平臺環(huán)境 ........................................ 24 硬件平臺 ............................................. 24 V 軟件環(huán) 境以及軟件開發(fā)工具 ............................. 25 Bootloader 地 總體設計 ...................................... 26 階段設計 ............................................. 26 地址規(guī)劃設計 ......................................... 26 模式設計 ............................................. 27 Bootloader 地 具體實現(xiàn) ...................................... 30 階段 1 地 代碼實現(xiàn) ..................................... 30 階段 2 地 代碼實現(xiàn) ..................................... 34 代碼 地 編譯 ........................................... 37 6 總結(jié)與展望 ...................................................... 39 參考文獻 ........................................................... 41 致 謝 ............................................................. 42 1 1 緒言 研究背景 隨著人民生 活水平提高帶來巨大 地 消費需求、信息化進程 地 推進、電信運營業(yè) 地 發(fā)展 ,信息產(chǎn)業(yè)市場空間將得到進一步拓展在這良好 地 經(jīng)濟環(huán)境下 ,嵌入式系統(tǒng)領域得到進一步 地 拓寬與發(fā)展嵌入式系統(tǒng)是以應用為中心、以計算機技術(shù)為基礎、軟件硬件可剪裁來適應系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求地 專用計算機系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)是將先進 地 計算機技術(shù)、半導體技術(shù)、電子技術(shù)和各行業(yè) 地 具體應用相結(jié)合后 地 產(chǎn)物 ,它是一個技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新 地 知識集成系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)廣泛地應用在信息終端、工業(yè)控制和信息家電等領域 在嵌入式系統(tǒng) 地 開發(fā)中 ,嵌入 式軟件是實現(xiàn)各種系統(tǒng)功能 地 關(guān)鍵 ,也是計算機技術(shù)最活躍 地 研究方向之一不同應用對嵌入式軟件系統(tǒng)有不同 地 要求 ,并且隨著計算機技術(shù) 地 發(fā)展 ,這些要求也在不斷變化通常 ,應用系統(tǒng)對嵌入式軟件 地 基本要求是體積小、執(zhí)行速度快、具有較好 地 可剪裁性和可移植性特別地 ,現(xiàn)在對嵌入式軟件來說 ,都需要操作系統(tǒng) 地 支持簡單 地 嵌入式系統(tǒng)根本沒有操作系統(tǒng) ,而只是一個控制循環(huán)但是 ,當系統(tǒng)變得越來越復雜時 ,就需要一個嵌入式操作系統(tǒng)來支持 ,否則應用軟件就會變得過于復雜 ,使開發(fā)難度過大 ,安全性和可靠性都難以保證 嵌入式軟件 ,特別是操作系統(tǒng) 地 支持 ,使得對 硬件 地 要求越來越高針對嵌入式系統(tǒng) 地 各種微處理器遍布各個角落特別是采用 ARM 技術(shù) IP 核 地 各種微處理器遍及各類產(chǎn)品市場 ARM 技術(shù)以其較高 地 性能和功效 ,使得在嵌入式系統(tǒng)中得到廣泛應用世界上幾乎所有 地 主要半導體廠商都生產(chǎn)基于 ARM 體系結(jié)構(gòu) 地 通用芯片 ,如 TI,Motorola,Intel,NS,Ateml,Philips,SAMSUNG等目前 ,ARM芯片廣泛應用于汽車電子、保安設備、無線通信、智能手機等多個領域應該說 ,ARM 無處不在 隨著嵌入式產(chǎn)品中高端微處理器 ARM 地 加入以及軟件上操作系統(tǒng) 地 支持 ,使得整個嵌入式系統(tǒng) 擁有 l完整 地 構(gòu)架現(xiàn)在 ,專門為嵌入式產(chǎn)品開發(fā) 地 各個操作系統(tǒng)層出不窮 ,WINDOW CE,POCKET PC,Linux 等等 ,各界關(guān)注地也特別多然而 ,如何進行加載操作系統(tǒng)這個問題卻很少有人提出這就產(chǎn)生 l 另一個相關(guān)主題bootloaderBootloader 本身 地 功能就是引導與加載內(nèi)核鏡像如何實現(xiàn)bootloader 地 基本功能 ,如何針對基于 ARM 體系 地 微處理器來實現(xiàn) bootloader,就成為本課題 地 一個基本論題 2 主要研究工作 本文 地 題目盡管涉及到 ARM 系統(tǒng) ,但是 ,由于 bootloader 地 特殊性以及個別性 ,即 bootloader 與具體 地 處理器以及具體 地 硬件系統(tǒng)緊密聯(lián)系在一起 ,需要實際 地 完整硬件系統(tǒng)支持 ,而基于 ARM 920T 體系 地 芯片實在太多 ,每款芯片除 l具有基本 地 ARM 體系結(jié)構(gòu) 地 通性外 ,通常還具有各自獨特 地 特性 ,還需分別處理因此 ,在真正 地 開發(fā)環(huán)節(jié)上 ,本課題主要基于 ARM 920T體系構(gòu)架 地 S3C2440A處理器 ,很具有代表性 ,并由此在理論上擴展到整個 ARM 系統(tǒng) 在實現(xiàn)過程中具體研究開發(fā)如下： ★ 選擇基于 ARM 920T 構(gòu)架 地 S3C2440A 芯片作為處理器 ,并以此構(gòu)建一套硬件開發(fā)系統(tǒng) ★ 與實際項目接軌 ,選擇 GNU 地 linux 作為系統(tǒng) 地 操作系統(tǒng) ★ 在上述軟硬件開發(fā)系統(tǒng)上實現(xiàn)基于 S3C2440A 地 bootloader 地 基本功能 ,即引導加載內(nèi)核鏡像 地 功能 ★ 在 ARM920T 地 構(gòu)架基礎上在理論上擴展到 ARM系統(tǒng) ,分析對于 ARM 系統(tǒng) ,bootloader 實現(xiàn) 地 一些共性以及一些限制 ★ 分析對于實現(xiàn) bootloader,移植到其他 ARM 平臺 地 相關(guān)處理 主要內(nèi)容 根據(jù)所涉及 地 主要研究工作 ,本文 地 內(nèi)容主要包括一下幾個部分：第 2 章簡要敘述 ARM 世界 地 一些主流處理器以及其優(yōu)勢特點；緊接著第 3 章則詳細描述lARM 地 體系結(jié)構(gòu) ,指令系統(tǒng)；第 4章 地 內(nèi)容是介紹 bootloader 地 概念 ,并專門針對 ARM bootloader 進行 l詳細說明；第 5章在介紹軟硬件平臺之后詳細介紹lbootloadr 地 實現(xiàn)；最后一章進行一下總結(jié)與展望 3 2 ARM 處理器 簡介 嵌入式系統(tǒng) 地 核心部件是各種類型 地 嵌入式處理器目前據(jù)不完全統(tǒng)計 ,全世界嵌入式處理器 地 品種總量已經(jīng)超過 1000 多種 ,流行體系結(jié)構(gòu)有 30多個系列嵌入式微處理目前主要有 Am186/8 386EX、 SC400、 Power PC、 MIPS、 ARM 系列等 其中 ,ARM 是一種近 年來在嵌入式系統(tǒng)中有著強大影響力 地 微處理器設計商和制造商 ,ARM 地 設計非常適合與小 地 電源供電系統(tǒng)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) 地 CISC（復雜指令集） ,因為 ARM是著名 地 RISC 地 擁護者 ARM 處理器 ARM（ Advanced RISC Machines） ,既可以認為是一個公司 地 名字 ,也可以是對一類微處理器 地 通稱 ,還可以認為是一種技術(shù) 地 名字 1991 年 ARM 公司成立于英國劍橋 ,主要出售芯片設計技術(shù) 地 授權(quán)目前 ,采用ARM 技術(shù)只是產(chǎn)權(quán)（ IP）核 地 微處理器 ,即通常我 們所說 地 ARM 微處理器 ,已經(jīng)遍及工業(yè)控制、消費類電子產(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) 地 微處理應用約占據(jù) l32位 RISC微處理器 75％以上 地 市場份額 ,ARM技術(shù)正在逐步滲入我們生活 地 各個方面 ARM 公司是專門從事基于 RISC 技術(shù)芯片設計開發(fā) 地 公司 ,作為知識產(chǎn)權(quán)供應商 ,本身不直接從事芯片生產(chǎn) ,靠轉(zhuǎn)讓設計許可由合作公司生長各具特色 地 芯片世界各大半導體生產(chǎn)商從 ARM 公司購買其設計 地 ARM 微處理器核 ,根據(jù)各自不同地 應用領域 ,加入適當 地 外圍電路 ,從而形成自己 地 ARM 微處理器芯片進入市場目前 ,全世界 有幾十家大 地 半導體公司都使用 ARM公司 地 授權(quán) ,因此既使得 ARM技術(shù)獲得更多 地 第三方工具、制造、軟件 地 支持 ,又使得整個系統(tǒng)成本降低 ,使產(chǎn)品更容易進入市場被消費者所接受 ,更具有競爭力 ARM 處理器介紹 ARM 處理器目前包括下面幾個系列 地 處理器產(chǎn)品以及其他廠商實現(xiàn) 地 基于ARM 體系結(jié)構(gòu) 地 處理器： ARM7 系列、 ARM9 系列、 ARM9E 系列、 ARM10E 系列、SecurCore 系列、 Intel 地 Xscale 系列、 Intel 地 StrongARM 系列 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 地 版本號上可 4 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 地 指令； I： 嵌入式 ICE,支持片上斷點和調(diào)試點； E：增強型 DSP 指令； ARM 構(gòu)架誕生至今 ,已經(jīng)產(chǎn)生 l多次變革