ARM核的Bootloader代码

一.Bootloader

是 ARM系统的开机程序,用汇编语言编写,完成系统的初始化操作.是系统上电复位后,操作系统或用户应用程序运行前,首先必须运行的一段程序.

作用:1,初始化硬件; 2,建立内存空间的映射图(有的CPU没有内存映射功能如S3C44B0).

二. 启动流程

2种启动方式:

• 直接从Flash 启动
• 将压缩的内存映像文件从Flash中复制,解压到RAM,再从RAM启动

(节省Flash资源,提高速度)

启动流程图:

1. 启动代码的第一步是设置中断和异常向量

2. 完成系统启动所必须的最小配置.

某些处理器芯片包含一个或几个全局寄存器,这些寄存器必须在系统启动的最初进行配置.

3. 设置看门狗,拥护设置的部分外围电路如果必须在系统启动时初始化,就可以放在这一步.

4. 配置系统所使用的寄存器,包括Flash,SRAM,DRAM等,并为他们分配地址空间.如果系统使用了DRAM或其他外设,就需要设置相关的寄存器,以确定其刷新频率,数据总线宽度等信息,初始化存储器系统

有些芯片可通过寄存器编程初始化存储器系统，而对于较复杂系统通常集成有 MMU 来管理内存空间。

5. 为处理器的每个工作模式设置栈指针.
ARM 处理器有多种工作模式，每种工作模式都需要设置单独的栈空间。
6. 变量初始化.

这里的变量指的是在软件中定义的已经赋好初值的全局变量，启动过程中需要将这部分变量从只读区域，也就是 Flash 拷贝到读写区域中，因为这部分变量的值在软件运行时有可能重新赋值。还有一种变量不需要处理，就是已经赋好初值的静态全局变量，这部分变量在软件运行过程中不会改变，因此可以直接固化在只读的 Flash 或 EEPROM 中。
7. 数据区准备

对于软件中所有未赋初值的全局变量，启动过程中需要将这部分变量所在区域全部清零。
8. 调用高级语言函数.比如 main 函数等。
三.程序分析

下面根据实际经过测试的代码详细讲述系统的启动过程。
.text/* 将此操作符开始的代码编译到代码段或代码段子段中 */

/* 集成开发环境（ IDE ）可以通过链接脚本文件将下面的语句定位在零起始地址，系统上电后 CPU 从此处开始执行 */
ENTRY:/*用于指定汇编程序的入口点*/
b ResetHandler/* 跳至 ResetHandler ，此句被定位在零起始地址 */
/* 除用户模式外的其他 6 种模式称为特权模式。特权操作模式主要处理异常和监控调用（有时称为软件中断），它们可以自由的访问系统资源和改变模式。特权模式中除系统模式以外的 5 种模式又称为异常模式，下面的代码用于出现异常时 CPU 就会根据以下的语句自动跳转到对应的异常处理程序处 */
b HandlerUndef /* handlerUndef */
b HandlerSWI /* SWIinterrupthandler */
b HandlerPabort /* handlerPAbort */
b HandlerDabort /* handlerDAbort */
b . /* handlerReserved */
b HandlerIRQ
b HandlerFIQ
...
...
ResetHandler:/* 上电后跳转到此处开始执行 */
LDR R0, =WTCON/* 禁止看门狗 */
LDR R1, =0x0
STRR1, [R0]
LDRR0, =INTMSK /* 屏蔽所有中断请求 */
LDR R1, =0x07FFFFFF

STRR1, [R0]
/* 设置时钟控制寄存器 */
ldrr0,=LOCKTIME
ldrr1,=0xfff
strr1,[r0]
.if PLLONSTART
ldrr0,=PLLCON/* 设置 PLL */
ldrr1,=((M_DIV<<12)+(P_DIV<<4)+S_DIV)/*Fin=8MHz,Fout=64MHz*/
strr1,[r0]
.endif
ldr r0,=CLKCON
ldr r1,=0x7ff8 /* 所有单元时钟允许 */
str r1,[r0]
/* 为 BDMA 设置复位值 */
ldr r0,=BDIDES0
ldr r1,=0x40000000 /* BDIDESn 复位值应为 0x40000000 */
str r1,[r0]
ldr r0,=BDIDES1
ldr r1,=0x40000000 /* BDIDESn 复位值应为 0x40000000 */
str r1,[r0]
/* 设置存储器控制寄存器，存储器的配置数据都存储在 SMRDATA 为起始地址的数据表中，下面的代码可以一次将预先配置好的初始化数据存入与存储器控制器相关的 13 个寄存器，这些寄存器则是以 0x01c80000 为起始地址的 13 个连续的 32 位寄存器 */
ldr r0,=SMRDATA
ldmia r0,{r1-r13}
ldr r0,=0x01c80000 /* BWSCON 存储控制寄存器地址 */
stmia r0,{r1-r13}
/* 初始化堆栈 */
/* CPU 复位后是处于管理模式下的，所以首先要初始化管理模式下的堆栈寄存器 */
ldr sp, =SVCStack
/* 由于处理器的每种运行模式都要有自己独立的物理堆栈寄存器 R13 ，在用户应用程序的初始化部分，一般都要初始化每种模式下的 R13 ，使其指向该运行模式的栈空间，这样，当程序的运行进入异常模式时，可以将需要保护的寄存器放入 R13 所指向的堆栈，而当程序从异常模式返回时，则从对应的堆栈中恢复，采用这种方式可以保证异常发生后程序的正常执行 */
bl InitStacks/* 跳转至其它堆栈初始化程序并返回 */
/* 设置 IRQ 中断处理 */
/*44B0 有两种中断模式：一种是没有中断向量表；一种是使用了中断向量表，使用中断向量表只能是 IRQ 方式。当使用中断向量表的时候，中断发生时由 S3C44B0 的中断控制器根据中断向量表，利用硬件方式自动跳转到相应的中断处理服务程序所在的位置；不使用中断向量表时按下面的代码，利用软件方式跳转而进行中断处理，因为 S3C44B0 有 30 个中断源，所以需要程序判断以确定调用那个中断服务程序 */
ldr r0,=HandleIRQ/* 如果在 0x18 和 0x1c 地址处无 “subs pc,lr,#4”*/
ldr r1,=IsrIRQ/* 为了中断正常返回这些语句是必须的 */
str r1,[r0]
/* 拷贝读写区域数据 / 数据区准备，将系统需要读写的数据和变量从 ROM 拷贝到 RAM 里。 Image_RO_Limit 、 Image_RW_Base 、 Image_ZI_Base 等这些符号还会在另外的链接脚本文件中出现，这些符号是用来定位程序各个段的参考信息。集成开发环境在编译链接的时候会根据我们编写的程序，把它们转换成用来对各个段定位的地址信息 */
LDR r0, =Image_RO_Limit/* 取只读数据区域地址指针 */
LDR r1, =Image_RW_Base/* 准备执行拷贝操作 */
LDR r3, =Image_ZI_Base
CMP r0, r1 /* 检查是否相同 */
BEQ F1 /* 相同则跳过拷贝操作 */
F0:
CMP r1, r3/* 执行拷贝操作 */
LDRCC r2, [r0], #4
STRCC r2, [r1], #4
BCC F0
F1:
LDR r1, =Image_ZI_Base/* 零数据准备区起始地址 */
MOV r2, #0
F2:
CMP r3, r1 /* 执行数据区清零 */
STRCC r2, [r3], #4
BCC F2

MRSr0, CPSR
BICr0, r0, #NOINT /* 中断请求允许 */
MSRCPSR_cxsf, r0
/* 跳转到 C 入口程序 */
BLMain
B ．

四 . 总结：
启动过程中的初始化程序就是初始化 CPU 内部各个关键的寄存器、配置外围硬件电路相关寄存器、建立中断向量表等，然后跳转到一般由高级语言编写的主函数的应用程序代码去执行，这样就可以利用高级语言来编写完成系统设计所要求的各种功能。初始化的过程对大多数初学者来说，比较难理解的是中断的处理和一些少见的操作符号，这些符号多是一些宏定义或系统用于在内存空间中对各个段的定位标识符号。掌握了S3C44B0的启动代码之后，对系统功能程序设计会起到很大的帮助，是进行下一步程序设计的基础。