ARM工作模式和BOOTLOADER －2410

簡(jiǎn)單地說(shuō)，bootloader就是在操作系統(tǒng)內(nèi)核運(yùn)行之前運(yùn)行的一段小程序。通過(guò)這段小程序，我們可以初始化硬件設(shè)備、建立內(nèi)存空間的映射圖，從而將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境帶到一個(gè)合適的狀態(tài)，以便為最終調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)核準(zhǔn)備好正確的環(huán)境。
bootloader是嚴(yán)重地依賴于硬件而實(shí)現(xiàn)的，特別是在嵌入式世界。因此，在嵌入式世界里建立一個(gè)通用的bootloader幾乎是不可能的。盡管如此，我們?nèi)匀豢梢詫?duì)bootloader歸納出一些通用的概念來(lái)，以指導(dǎo)用戶特定的bootloader設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

基于arm7tdmicore的cpu在復(fù)位時(shí)通常都從地址0x00000000取它的第一條指令。在系統(tǒng)加電后，cpu將首先執(zhí)行bootloader程序。
大多數(shù)bootloader都包含兩種不同的操作模式：“啟動(dòng)加載”模式和“下載”模式：
啟動(dòng)加載（bootloading）模式：bootloader從目標(biāo)機(jī)上的某個(gè)固態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備上將操作系統(tǒng)加載到ram中運(yùn)行，整個(gè)過(guò)程并沒(méi)有用戶的介入。
下載（downloading）模式：bootloader將通過(guò)串口連接或網(wǎng)絡(luò)連接等通信手段從主機(jī)（host）下載文件，比如：下載內(nèi)核映像和根文件系統(tǒng)映像等。

boot的一般步驟為：

設(shè)置中斷向量表
初始化存儲(chǔ)設(shè)備
初始化堆棧
初始化用戶執(zhí)行環(huán)境
呼叫主應(yīng)用程序

設(shè)置中斷向量表
arm要求中斷向量表必須放置在從0地址開(kāi)始，連續(xù)8x4字節(jié)的空間內(nèi)。
每當(dāng)一個(gè)中斷發(fā)生以后，arm處理器便強(qiáng)制把pc指針置為向量表中對(duì)應(yīng)中斷類型的地址值。因?yàn)槊總€(gè)中斷只占據(jù)向量表中1個(gè)字的存儲(chǔ)空間，只能放置一條arm指令，使程序跳轉(zhuǎn)到存儲(chǔ)器的其他地方，再執(zhí)行中斷處理。
中斷向量表的程序?qū)崿F(xiàn)通常如下表示：
areaboot,code,readonly
entry
b???resethandler
b???undefhandler
b???swihandler
b???preaborthandler
b???dataaborthandler
b
b???irqhandler
b???fiqhandler
其中關(guān)鍵字entry是指定編譯器保留這段代碼，因?yàn)榫幾g器可能會(huì)認(rèn)為這是一段亢余代碼而加以優(yōu)化。鏈接的時(shí)候要確保這段代碼被鏈接在0地址處，并且作為整個(gè)程序的入口。?

初始化存儲(chǔ)設(shè)備
存儲(chǔ)器端口的接口時(shí)序優(yōu)化是非常重要的，這會(huì)影響到整個(gè)系統(tǒng)的性能。因?yàn)橐话阆到y(tǒng)運(yùn)行的速度瓶頸都存在于存儲(chǔ)器訪問(wèn)，所以存儲(chǔ)器訪問(wèn)時(shí)序應(yīng)盡可能的快；而同時(shí)又要考慮到由此帶來(lái)的穩(wěn)定性問(wèn)題。
在不同的板子上處理芯片、存儲(chǔ)設(shè)備以及其接口差異很大，應(yīng)根據(jù)不同的情況來(lái)配置。

初始化堆棧
因?yàn)閍rm有7種執(zhí)行狀態(tài)，每一種狀態(tài)的堆棧指針寄存器（sp）都是獨(dú)立的。因此，對(duì)程序中需要用到的每一種模式都要給sp定義一個(gè)堆棧地址。方法是改變狀態(tài)寄存器內(nèi)的狀態(tài)位，使處理器切換到不同的狀態(tài)，然后給sp賦值。注意：不要切換到user模式進(jìn)行user模式的堆棧設(shè)置，因?yàn)檫M(jìn)入user模式后就不能再操作cpsr回到別的模式了，可能會(huì)對(duì)接下去的程序執(zhí)行造成影響。

這是一段堆棧初始化的代碼示例：
mrsr0,cpsr；讀取cpsr寄存器的值
bicr0,r0,#modemask；把模式位清零
orrr1,r0,#undefmode|noint
msrcpsr_cxsf,r1undefmode
ldrsp,=undefstack
其他模式的堆棧的初始化也類似。

堆棧地址的定義一般如下：
^(_isr_startaddress-0x1400)

userstack#1024#=field,定義一個(gè)數(shù)據(jù)域，長(zhǎng)度為1024
svcstack#1024
undefstack#1024
abortstack#1024
irqstack#1024
fiqstack#0

初始化用戶執(zhí)行環(huán)境
一個(gè)arm映像文件由ro，rw和zi三個(gè)段組成，其中ro為代碼段，rw是已初始化的全局變量，zi是未初始化的全局變量。映像一開(kāi)始總是存儲(chǔ)在rom／flash里面的，其ro部分即可以在rom／flash里面執(zhí)行，也可以轉(zhuǎn)移到速度更快的ram中執(zhí)行；而rw和zi這兩部分是必須轉(zhuǎn)移到可寫的ram里去。所謂應(yīng)用程序執(zhí)行環(huán)境的初始化，就是完成必要的從rom到ram的數(shù)據(jù)傳輸和內(nèi)容清零。

編譯器使用下列符號(hào)來(lái)記錄各段的起始和結(jié)束地址：
|image$$ro$$base|：ro段起始地址
|image$$ro$$limit|：ro段結(jié)束地址加1
|image$$rw$$base|：rw段起始地址
|image$$rw$$limit|：zi段結(jié)束地址加1
|image$$zi$$base|：zi段起始地址
|image$$zi$$limit|：zi段結(jié)束地址加1
這些標(biāo)號(hào)的值是根據(jù)鏈接器中設(shè)置的中ro-base和rw-base的設(shè)置來(lái)計(jì)算的。
初始化用戶執(zhí)行環(huán)境主要是把ro、rw、zi三段拷貝到指定的位置。