第四章引导层2.ppt

第四章最小系统：引导与驱动 教材内容 4.1 引导层建立 4.1.1 引导部分 4.1.2 驱动部分 4.1.3 BIOS 4.2 引导模式 4.2.1 非片内引导 4.2.2 片内引导 4.3 中断、I/O、MMU初始化 4.3.1 中断初始化 4.3.2 I/O初始化 4.3.3 MMU初始化 4.1 引导层建立 平整度：引导层对于上级中间件所提供的操作接口的统一性和友好性。 融合度：引导层对于下级硬件层控制和兼容能力。 厚度：引导层的规模，包括引导层的体积（软件容量）的大小和运行所需时间 厚度增大－平整度、融合度提高 －引导时间增长，系统此期间不可控，不稳定－－－性增大。 引导层的基本任务就是让相对通用的操作系统等软件能够在各种各样的硬件上执行。为了达到这一目的： 操作系统等软件要求尽可能高的通用性，而不同硬件系统的存储器结构不同。因此，在所有其它软件运行之前还必须根据硬件的情况为它们提供可使用的存储空间和入口地址等。 在所有其它软件运行之前须对特定的硬件进行检测和初始化，使硬件系统进入一种待命状态，由于硬件不同，所以不同嵌入式系统需要相应的初始化程序； 在操作系统等软件正常运行过程中不可避免地要操作硬件，为了能够以相同的方式操作不同型号的同类硬件，需要对这些硬件进行封装，隐藏其差异，提供相同的操作界面。 4.1.1 引导部分 引导程序BootLoader：在操作系统内核运行之前执行的一段特殊程序，负责初始化系统硬件、建立内存空间映射表，将操作系统从扩展存储器中读至内存中。 硬件检测 初始化硬件 配置内核 调用操作系统内核 引导程序须适配于相应的处理器硬件体系。 大多数引导程序分为阶段I和II两部分。 4.1.2 驱动部分 BSP（板级支持包）：针对具体的硬件平台所编写的设备驱动程序集。针对某一特定设备，BSP包含其初始化和部分驱动。 BSP可直接与底层硬件建立联系，同时可在操作系统层面，与其相关的接口驱动也可加入。 4.1.3 BIOS 1.由来 MS为IBM设计PC DOS时将DOS的整个设备驱动层放在了EPROM中称为BIOS（基本输入输出系统） 重大变革： 硬件与软件分离，不同种类PC机也可以使用DOS，软件独立发展。 出现了硬件扩展，促使设备开放 BIOS将计算机程序中原有与硬件紧密相关的部分剥离出来，固化在计算机上，对于程序设计者，各种计算机看上去都一样。 BIOS在DOS中的地位 2.功能 自检及初始化程序 检查存储器、键盘、显示器等是否正常； 创建中断向量，设置寄存器，对外部设备进行设置，设置运行参数 引导操作系统进入内存 最后转交控制权 程序服务处理 执行各种硬件设备操作任务，如读写磁盘、打印输出等 中断处理 响应计算机程序的请求，所有端口设备以软中断的形式体现，启动时BIOS即给出所有设备的中断号，当应用程序发出某一中断请求时即根据中断号执行相应的硬件驱动 嵌入式系统BIOS例：电子阅读器的BIOS 系统自检 完成MASK ROM、FLASH、SRAM、按键等硬件的检测工作。 SM卡系统升级 在加电进入自检菜单后，可以进入SM卡系统升级状态，BIOS根据SM卡的类型，自动完成系统升级工作的服务。 程序自举 加电无按键 BIOS程序在完成初始化 对SM卡等进行安全性检测 将程序引导到操作系统和应用程序，并将控制权移交操作系统 USB功能 在进入自检主菜单后，自动完成USB端口检测，对SM卡进行读写操作 4.2 引导模式 研究引导模式的目的 成本：减少高速存储器的使用量 安全 功耗 非片内引导 把内核从非挥发介质中复制到RAM 从RAM中运行内核 片内引导 将数据段复制到RAM 直接从非挥发介质中运行内核 4.2.1 非片内引导 无论怎样，系统执行的第一条指令一定在非挥发性存储器中，因此即使是非片内引导也只是引导程序的一部分须复制到RAM内执行。由此可见，非片内引导包括两个部分（阶段）： 1.完成系统时钟设置、中断控制寄存器设置等运行前必备的基本设置工作，完成内存映射，初始化MMU。 这部分在非挥发性存储器内运行，采用汇编完成，由于再无其它前期引导，所以这段指令必存放在处理器的复位入口处（00xFFFFFFFF）。 2.装载内核。 这部分须复制到RAM中运行，采用C完成。 问题 占用内存 启动速度慢 不稳定：程序运行于内存中，处于可修改状态 优点 可更新 通用性 灵活性 4.2.2 片内引导 片内引导省去了程序指令复制的过程，因此引导速度快。 两种运行方式 将固化在Flash中的内核先映射到RAM的某一段地址区间，PC（程序计数器）指向起始地址