蒋维

(青海民族学院电子工程与信息科学系，青海省西宁市 810007)


0引言

一个完整的嵌入式系统从软件角度看分为4层，分别是引导加载程序、操作系统内核、文件系统和用户应用程序。引导加载程序是系统上电后首先运行的代码。在PC机中引导加载程序由BIOS(基本输入输出系统)和位于MBR(主引导记录)的操作系统Bootload-er共同组成。而在嵌入式系统中一般没有BIOS那样的固件程序，整个系统的引导加载由Bootloader来完成。也就是说，Bootloader是在操作系统内核运行前执行的一段小程序，通过Bootloader的运行对系统板的CPU、SDRAM、Flash、串口等主要部件进行初始化，创建内核需要的一些信息并将这些信息传递给内核，从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态，最终调用操作系统内核，真正起到引导加载内核的作用。在没有操作系统的情况下，通过Bootloader程序，也可以下载简单应用文件到系统板运行。

1S3C2410开发版

S3C2410开发版是一款通用的ARM9开发版，其基本配置为CPU采用三星公司S3C2410 ARM920T，主频203MHz。集成有SDRAM控制器、NAND Flash控制器、SD卡控制器、USBHost和USB Device控制器、LCD控制器、IIC总线控制器、IIS总线控制器、SPI总线接口等。操作系统支持Linux2.4以上版本，且支持Windows CE。NAND Flash采用32 MB的K9F5608U，8位数据总线。SDRAM采用2片16M×16 bit的HY57V561620，组成32位总线。S3C2410将系统的存储空间分为8个Bank，共1 GB空间，其中Bank0～Bank5的开始地址固定，大小为128 MB，用于ROM或SRAM，Bank6与Bank7的大小是可编程的，用于ROM、SRAM或SDRAM。在这里，NAND Flash位于Bank0区，地址范围为0x00000000～0x01ffffff，2片SDRAM分别位于Bank6和Bank7区，地址范围分别为0x30000000～0x31ffffff和0x32000000～0x33ffffff。当核心板上电复位时，系统首先将NAND Flash开始的0～4 kB的程序映射到自己内部的SteppingStone区，并把其首地址设为Ox00000000，CPU从这个地址开始执行程序。

2设计流程

系统以三星公司的S3C2410为开发版，以ARMDeveloper Suite 1.2作为系统开发环境。使用ARM9-JTAG调试代理，开发流程如图1所示。


3启动流程分析与具体实现

3.1启动流程分析

系统加电复位后，CPU从复位地址0x00000000处取第1条指令执行，S3C2410开发版的NAND Flash被映射到这个预先设置好的地址上，在开发时可通过集成开发环境将Bootloader定位在复位地址开始的存储空间内。基于S3C2410开发版系统的启动流程如图2所示。

3.2 Bootloader的具体实现

一般Bootloader分为Stage1和Stage2两个阶段。Stage1阶段建立一个2410INIT.S文件，这是一个汇编语言文件，其文件功能是S3C2410启动代码、配置存储器、ISR、堆栈、初始化C向量地址等。具体所做的工作是设置异常向量表、初始化看门狗和外围电路、初始化存储器、初始化堆栈、初始化数据区、跳转到C程序的Main()函数。

3.2.1设置异常向量表

ARM的异常向量表放在0地址开始处：

由于每个中断只占据向量表中4个字节的存储空间，因此只能存放一条ARM指令。一旦系统运行有异常中断发生时，ARM处理器便把PC指针强制置为向量表中对应中断类型的地址值，从而跳到存储器其他位置的相应标号处执行。当硬件系统刚刚上电复位时，程序从0x00000000地址处跳转到标号为ResetHandler的程序处，接着便进入启动引导过程。

3.2.2初始化看门狗和外围电路

主要实现S3C2410的看门狗、中断、PLL和MPLL配置寄存器的初始化。

具体代码如下：

3.2.3初始化存储器

主要设置内存控制寄存器，具体代码如下：

其中SMRDATA的作用是设置存储器控制寄存器的值。具体定义可参考文献[2]。

3.2.4初始化堆栈

ARM有7种工作模式，而每一种模式所用堆栈是不同的，所以初始化堆栈必须初始化这7种模式下的堆栈。具体代码如下：

关于USERMODE等的具体定义为：


3.2.5初始化数据区

内核映像开始总是在Flash里面的，其中RO部分可以在Flash中执行，也可以转移到RAM中执行，而RW和ZI必须转移到RAM中执行。所以所谓数据区初始化就是完成必要的部分从Flash到RAM的数据传输和内容清零。

具体代码如下：



3.2.6跳转到C程序的Main()函数

这是Bootloader的Stage1部分的最后一个环节，是改变处理器模式，转入到C程序的人口操作。

具体代码如下：


3.2.7 Main()函数的具体实现

这部分是实现Bootloader的Stage2的功能，其文件功能为初始化系统频率、初始化I／O端口、初始化中断处理程序表、初始化串口、其他硬件的初始化、进入主程序。

Main()函数的主要代码如下：

4程序的在线仿真和烧写

4.1 程序的在线仿真

以上Bootloader程序通过ADS软件和JTJAG口在目标板上进行仿真，其步骤如下：
a)在ARM Developer Suite 1.2中打开boot.mcp工程文件。
b)对打开的boot.mcp工程文件下的所有汇编语言及C语言文件进行编译。
c)使目标板上电，打开ARM9-JTAG调试代理，软硬件连接正确将检测到ARM9内核。打开超级终端。
d)在AXD中下载并运行编译后生成的Boot.axf文件。

此时在显示器上显示目标板的启动信息。

4.2将程序固化到Flash中并在目标板上运行

a)进行并口驱动的安装与设置，并用JFLASH线将PC并口与目标板连接。
b)将要下载的.bin文件放到与SJF2410.exe同一个目录下，再编辑批处理文件。SJF2410_BIOS.BAT内容为：SJF2410／f：boot.bin。
c)执行批处理文件将bin文件通过JTAG烧写入Flash中。

5 结束语

Bootloader的修改和移植是针对具体的CPU和外围电路进行的，虽然市场上有很多成熟工具，移植起来简单快捷，但都存在一定的局限性，具体表现在代码量大、不够灵活。针对特定的目标板自己编写Bootloader，不仅代码量小，而且灵活性强，便于维护。