嵌入式系统引导技术研究

微指令方式，而这些微指令根据内存的不同（SRAM、SDRAM、DRAM等），需要设计人员自行编写代码写入MPC860内部存储区相应位置。对于需要实时刷新的存储体（如SDRAM），还需设置刷新控制微指令。

上述初始化代码得以执行，一方面依赖于目标机MPC860提供的调试接口支持，另一方面也需要宿主机GDB的支持。对于宿主机系统，可能选择Linux，在其下配置GBD；也可以选择Windows2000，使用可视化的调试工具LambdaTools GDB（Coretek公司产品，不支持硬件断点），或者使用BDI2000（支持硬件断点的仿真器）。不管使用哪种调试工具，都可以使用该调试器能够识别的脚本文伯存放初始化指令。这些脚本在功能上是等效的，指令的描述一般都采用如下格式：  

操作码 寄存器 数值  

如在嵌入式Linux下SDRAM初始化的代码片断为：  

mpcbdm spr MDR="0x1FF77C35"  

mpcbdm spr MDR="0xEFEABC34"  

mpcbdm spr MDR="0x1FB57C35"  

……  
而在Windo ws2000下使用BDI2000代码为：  

WUPM 0x00000005 0x1FF77C35  

WUPM 0x00000006 0xEFEABC34  

WUPM 0x00000007 0x1FB57C35  

……  

脚本描述的指令执行后，MPC860按照预先的设想进入一个可以正常工作的状态，可以用装载器将程序下载到SDRAM中调试执行。这个程序主要包含中断表、操作系统和应用程序映象两部分，其格式可以为bin、elf、coff等。图1给出了下载完毕后的内存映象。

当程序下载完成后，PC指针指向Image代码段（text段）的首条指令，可以利用调试器提供的命令开始调试。  

2  固化模式的系统引导  

2．1 概述  

经过调试后，OS和上层应用程序构成的Image的正确性得到了保证，但是这个Image不能自主运行。因为调试模式下，是通过BDM接口初始化处理器，并且通过BDM接口将程序下载到RAM中去运行。实际应用环境中，Image必须被存储在非易失性存储器中，如Flash、EPROM等，本文选择Flash。系统启动时，处理器执行一段引导程序替代调试模式下的调试脚本和装载程序的功能。启动代码主要考虑以下几个问题：  

（1）系统上电和复位时程序如何执行，需要初始化哪些寄存器，重点仍然是内存映射相关部分；  

（2）启动代码为几部分，每部分代码应该全部还是部分放到Flash或者RAM中执行；  

（3）在时间效率和空间效率的折衷。

2．2 上电初始化

在两种引导模式下，上电初始化总是必要步骤。它涉及各种核心寄存器初始化、地址映射等问题的处理。

2．2．1 地址映射

MPC860的复位是通过一种异常中断来处理的（可理解为CPU自己产生的中断），向量号为0x100。异常向量表的基地址加上复位向量号即为复位向量，也就是CPU开始执行指令的地方。异常向量表在内存空间的可能位置有两个：0x0000000和0xFFF00000。所以PowerPC的复位向量为0x100或0xFFF00100。假设复位向量为0xFFF00100，系统有128K字节的Flash，并准备把它映射到CPU内存空间0xFE000000开始的地址。MPC860内部的CS0片选信号是默认的系统启动片选信号，已被连接到Flash的片选线上。上电时，内存控制器会忽略所有参与征选逻辑的地址线的高17位，CS0总是有效。这样，Flash总会被选中，CPU从Flash偏移0x100的地方取指令，此时CPU的4GB内存空间的每个128KB的块都被映射到Flash。

2．2．2 寄存器初始化

固化方式下的大致相同，但是不再采用脚本文件编写，而是直接将一段MPC860汇编程序存放在一个start.s文件中。与调试模式初始化程序一样，主要完成以下处理：  

（1）初始化CPU核心寄存器；  

（2）设置机器状态寄存器；  

（3）禁止ceche；  

（4）初始化IMMR；  

（5）初始化系统接口单元（SIU）；  

（6）初始化时钟和中断控制寄存器；  

（7）初始化通信处理机（CPM）；

（8）初始化内存控制器（UPM）；

（9）初始化C语言堆栈。  

2．2．3 地址空间重映射

上电时，由于只有一个片选信号有效，它选通了Flash，而RAM和其它存储设备地址无效，需要经过地址空间重映射才能访问。MPC860的地址空间重映射是通过设置0R0～OR7、BR0～BR7这十六个寄存器完成的。由于上电时4GB的地址空间均被Flash占用，所以0xFFF00100这个地址仍在Flash的偏移0x100处。在寄存器初始化过程中，需要把SDRAM、MPC860内部寄存器空间以及外设等也映射进来。在进行这些操作前，需要把Flash的位置固定下来，例如映射到0xFE000000，这个操作是通过设置OR0和BR0寄存器实现的。但在写OR0时，CPU仍然在0xFFF00000的那一块取指令，而Flash即将被映射到0xFE000000块，所以程序必定出现“跑飞”的现象，必须对程序计数器（PC）进行调整，然而PC指针对程序员是不可见的，必须用跳转指令修改它。在Flash地址映射完成后，通过设置OR1～OR7、BR1～BR7可以完成对所有存储器空间的映射，各种存储设备可映射在CPU地址空间中的任意位置，但相互之间不能冲突。