《Bootloader编写简明教程》.pdf

第一部分：基本功能流程 CPU 上电后会从IO 空间的某地址取第一条指令。但此时：PLL 没有启动，CPU 工作频率为外 部输入晶振频率，非常低；CPU 工作模式、中断设置等不确定；存储空间的各个BANK （包括 内存）都没有驱动，内存不能使用。在这种情况下必须在第一条指令处做一些初始化工作， 这段初始化程序与操作系统独立分开，称之为bootloader。 实际上，很少有必要自己写一个Bootloader，因为U-Boot 已经强大到能够满足各种需要。 但是强大必然复杂，一个初学者想要分析U-Boot 的源代码，还是有些难度的。出于学习的 目的，我写了这个史上最简单的启动加载器，它只包含最基本的功能，却囊括了一个嵌入式 Bootloader 应该有的核心和精华。我把这个启动加载器命名为S-Boot， 是Simple Bootloader 的缩写，亦可进一步简称为SB。 使用的实验环境为OK2440 开发板，板上处理器为S3C2440A，有64M 内存，Nand 存储器为 K9F1208，64M。网口芯片为CS8900A。我们要实现的功能是：从串口下载Linux 内核映像到 RAM；从网口下载Linux 内核映像到RAM；从RAM 启动内核挂载NFS 根文件系统。 1. 第一阶段的汇编代码：start.S 一个嵌入式Bootloader 最初始部分的代码几乎必须是用汇编语言写成的，因为开发板刚上 电后没有准备好C 程序运行环境，比如堆栈指针SP 没有指到正确的位置。汇编代码应该完 成最原始的硬件设备初始化，并准备好C 运行环境，这样后面的功能就可以用C 语言来写了。 对我们的S-Boot 来说，上电后的起始运行代码是 start/start.S。 .text .global _start _start: b Reset ; 0x00: 发生复位异常时从地址零处开始运行 b HandleUndef ; 0x04: 未定义指令中止模式的向量地址 b HandleSWI ; 0x08: 管理模式的向量地址，通过SWI 指令进入此模式 b HandlePrefetchAbort ; 0x0C: 指令预取终止导致的异常的向量地址 b HandleDataAbort ; 0x10: 数据访问终止导致的异常的向量地址 b HandleNotUsed ; 0x14: 保留 b HandleIRQ ; 0x18: 中断模式的向量地址 b HandleFIQ ; 0x1C: 快中断模式的向量地址 这里，汇编指示符.text 表明以下内容属于代码段，.global _start 指明_start 是全局可 访问的符号。按照ARM920T 的规定，从地址0x00 到0x1C 放置异常向量表，向量表每个条目 占四个字节，正好可以放置一条跳转指令，跳转到相应异常的服务程序中去。在S-Boot 中 没有使用中断，所以除Reset 异常外，其它异常的服务程序都可简单地写个死循环。Reset 异常是系统上电后自动触发的，所以我们的代码都写在Reset 的服务程序里面。 实际上，异常向量表不一定非要位于地址0x00 处，CP15 协处理器中的c1 寄存器的第13 位 用来控制异常向量表的起始地址。该位为0 时，异常向量表位于低地址0x00 处；该位为1 时，异常向量表位于高地址 0xFFFF0000 处。我们没有必要改变这个位的值，使用默认的低 地址就行了。 Reset: mrs r0,cpsr ;set cpu to SVC32 mode bic r0,r0,#0x1F orr r0,r0,#0xD3 msr cpsr,r0 ;cpsr=11x10011, IRQ/FIQ disabled 代码最初始的任务是设置CPU 工作在SVC32 模式，关闭所有中断，禁用看门狗。实际上，即 使不设置工作模式，CPU 在复位之后将自动工作在管理模式。在整个S-Boot 运行期间，我 们没有使用中断，也没有改变CPU 工作模式，它将一直工作在SVC32 模式。 MMU、ICache、DCache 的打开和关闭都是由CP15 协处理器的c1 寄存器控制的。实际上在复 位之后这三者都是自动关闭的，所以省略了关闭它们的代码。 S3C2440A 的PSR 寄存器（Program Status Reguster）中每个Bit 位的含义如图1 所示。 Bit4~Bi