ARM bootloader程序的理解

作为一个嵌入式工程师,如果不能写bootloader程序,那就不能成为一个真正的嵌入式工程师.以前做linux driver,常对bootloader程序是一知半解,其实要写好bootloader程序还得好好去研读一下处理器 architecture.

ARM 处理器是一种很热门的嵌入式处理器,现在绝大部分的嵌入式产品都用到了ARM处理器,其低廉的价格和丰富的性能都受到的消费者的青睐.下面针对ARM处理器来具体谈一下ARM bootloader程序.

首先简单的了解一下ARM architecture.ARM主要由ARM内核单元,vector interface ,coprocessor,两种cache(instruction and data),两种TCM(instruction and data), MMU, power management等. cache是为了平衡数据之间的速度而使用的,而TCM是为了存储一些频繁使用的数据,如中断向量等,MMU主要处理虚拟地址到物理地址的转换,起到了对数据的保护作用,用在操作系统的体系中,很显然,bootloader程序就是要为后来的程序提供一个良好的运行环境,这里对ARM architecture的几个组成单元进行必要的配置.

综上所述,ARM bootloader程序主要完成下面几个功能:

1)初始化栈.

2)中断向量表的复制.

3)TCM 和cache的配置,如果有操作系统的话,就应该设置MMU.

4)建立一个程序执行文境.(具体一点,就是根据image文件的属性来处理image段的数据).

5)对内存如mddr,sram进行简单的测试.

6)需要设置一些外围设备,一般来说需要配置一下串口.

一、初始化栈：

应该对irq,firq,svc的栈进行指定，分别操作这几中模式的寄存器。如对irq模式.

mov r0 , #0x12; irq mode

msrCPSR , r0; set irq mode

ldr sp, =0x800; irq steak address

二、中断向量表的复制：

Boot_Def
ldrPC,Arm_Addr_Ini;0x00
ldrPC,Arm_Addr_Und;0x04
ldrPC,Arm_Addr_Swi;0x08
ldrPC,Arm_Addr_Pre;0x0C
ldrPC,Arm_Addr_Abt;0x10
nop;0x14
ldrPC,Arm_Addr_Irq;0x18
ldrPC,Arm_Addr_Fiq;0x1C

Arm_Addr_IniDCDbootstrap_entry + 0x00;0x20
Arm_Addr_UndDCDundefined_exception_handler;0x24
Arm_Addr_SwiDCDsoftware_interrupt_handler;0x28
Arm_Addr_PreDCDprefetch_exception_handler;0x2C
Arm_Addr_AbtDCDabort_exception_handler;0x30
Arm_Addr_IrqDCDirq_interrupt_handler;0x34
Arm_Addr_FiqDCDfiq_interrupt_handler;0x38

DCD0x12345678； 0x3c

...

ldrr0,=Boot_Def
ldrr1, =0x0;address 0x0
mov r2,#0x3C
add r2, r2, r1

0
cmpr1, r2
bge%b1
ldrcc r3,[r0],#4
strcc r3,[r1],#4
b%B0
1

三、TCM的配置

TCM和cache是有区别的，虽然都是为了加快速度，但是TCM必须给它指定地址，TCM和cache的用途也不样，TCM保存常用到的数据如中断向量表和realtime数据，而cache只是为了加快处理器和外设之间的数据处理。

ldr r0,=0x0;
mrc p15, 0, r1, c9, c1, 1;读coprocessor instruction tcmregion register.
orr r0, r0, r1;
movr1, #1
orr r1, r1, r0;instruction tcm bit_o 置1,enableinsturction tcm.
mcrp15,0,r1,c9,c1,1;写入

其它的cache配置也类似，主要读懂ARM document.

四、建立一个程序运行文境：

image(bin文件）包括俩部分：RO and RW，RO部分一般我们在加载前后的位置都不用变化，但是RW必须在加载后把他放到RAM中执行，所以RW部分我们把它映射到RAM地址中。

IMPORT|Image$$RO$$Base| ;imageRO开始地址
IMPORT|Image$$RO$$Limit|
IMPORT|Image$$RO$$Length|
IMPORT|Image$$RW$$Base|
IMPORT|Image$$RW$$Limit|
IMPORT|Image$$RW$$Length|
IMPORT|Image$$ZI$$Base|
IMPORT|Image$$ZI$$Limit|
IMPORT|Image$$ZI$$Length|

ldrr0,=|Image$$RO$$Limit|
ldrr1,=|Image$$RW$$Base|
ldrr2,=|Image$$RW$$Limit|

3
cmpr1,r2
bge%B3
ldrcc r3,[r0],#4;从RO段的结束地址+1load rw段数据
strccr3,[r1],#4；重新写入到rw段
b%B4
4

ldrr0,=|Image$$ZI$$Base|;处理ZI段数据
ldrr1,=|Image$$ZI$$Length|
add r1, r1, r0
ldr r1, =0X2000
ldrr2,=0
5
cmpr0, r1
bge%B6
strccr2,[r0],#4；初始化ZI段数据为0
b%B5
6

五、对内存进行测试：

由于系统中有各种各样的内存，可以对内存进行简单测试。

六、UART的配置：

UART在嵌入式系统中很重要，虽然它很简单，但是在早期开发中，UART是必须的设备之一。UART作为下一篇中将进一步详细讨论。