ARM工作模式和BOOTLOADER －2410

簡單地說，BootLoader就是在操作系統(tǒng)內(nèi)核運行之前運行的一段小程序。通過這段小程序，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通用的BootLoader幾乎是不可能的。盡管如此，我們?nèi)匀豢梢詫ootLoader歸納出一些通用的概念來，以指導(dǎo)用戶特定的BootLoader設(shè)計與實現(xiàn)。

基于ARM7TDMIcore的CPU在復(fù)位時通常都從地址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：“啟動加載”模式和“下載”模式：
啟動加載（Bootloading）模式：BootLoader從目標(biāo)機上的某個固態(tài)存儲設(shè)備上將操作系統(tǒng)加載到RAM中運行，整個過程并沒有用戶的介入。
下載（Downloading）模式：BootLoader將通過串口連接或網(wǎng)絡(luò)連接等通信手段從主機（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地址開始，連續(xù)8X4字節(jié)的空間內(nèi)。
每當(dāng)一個中斷發(fā)生以后，ARM處理器便強制把PC指針置為向量表中對應(yīng)中斷類型的地址值。因為每個中斷只占據(jù)向量表中1個字的存儲空間，只能放置一條ARM指令，使程序跳轉(zhuǎn)到存儲器的其他地方，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，因為編譯器可能會認(rèn)為這是一段亢余代碼而加以優(yōu)化。鏈接的時候要確保這段代碼被鏈接在0地址處，并且作為整個程序的入口。?

初始化存儲設(shè)備
存儲器端口的接口時序優(yōu)化是非常重要的，這會影響到整個系統(tǒng)的性能。因為一般系統(tǒng)運行的速度瓶頸都存在于存儲器訪問，所以存儲器訪問時序應(yīng)盡可能的快；而同時又要考慮到由此帶來的穩(wěn)定性問題。
在不同的板子上處理芯片、存儲設(shè)備以及其接口差異很大，應(yīng)根據(jù)不同的情況來配置。

初始化堆棧
因為ARM有7種執(zhí)行狀態(tài)，每一種狀態(tài)的堆棧指針寄存器（SP）都是獨立的。因此，對程序中需要用到的每一種模式都要給SP定義一個堆棧地址。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模式進行User模式的堆棧設(shè)置，因為進入User模式后就不能再操作CPSR回到別的模式了，可能會對接下去的程序執(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,定義一個數(shù)據(jù)域，長度為1024
SVCStack#1024
UndefStack#1024
AbortStack#1024
IRQStack#1024
FIQStack#0

初始化用戶執(zhí)行環(huán)境
一個ARM映像文件由RO，RW和ZI三個段組成，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。映像一開始總是存儲在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來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)置來計算的。
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。