嵌入式课程设计报告完整版

第1页共11页目录前言..............................................................................................2一、U-Boot分析........................................................................31、引导程序U-Boot第一阶段分析...................................32、引导过程..........................................................................43、程序流程图......................................................................8二、程序设计.............................................................................8三、心得体会.............................................................................9第2页共11页前言ARM嵌入式处理器已被广泛应用于消费电子厂品、无线通信、网络通信和工业控制等领域。在嵌入式操作系统中，Linux、Vxworks、WinCE三足鼎立，其中Linux由于其开源性、稳定性、安全性、可裁剪性更是一支独秀。在嵌入式系统中，如何实现在ARM平台下Linux操作系统的引导工作是嵌入式技术开发的重要环节。BootLoader就是在操作系统内核运行之前运行的一段小程序。通过这段小程序，我们可以初始化硬件设备、建立内存空间映射图，从而将系统的软硬件环境带到一个合适状态，以便为最终调用操作系统内核准备好正确的环境。在嵌入式系统中，通常并没有像BIOS那样的固件程序（注，有的嵌入式CPU也会内嵌一段短小的启动程序），因此整个系统的加载启动任务就完全由BootLoader来完成。比如在一个基于ARM7TDMIcore的嵌入式系统中，系统在上电或复位时通常都从地址0x00000000处开始执行，而在这个地址处安排的通常就是系统的BootLoader程序。第3页共11页一、U-Boot分析嵌入式Linux系统中常用的Bootloader引导程序有U-Boot，redboot,blob和vivii等,其中U-Boot遵循GPL条款的开放源码项目，功能最为强大，U-Boot对PowerPC系列处理器支持最丰富，同时还支持MIPS,x86,ARM,XScale等诸多常用系列的处理器；U-Boot引导程序分为Stage1和Stage2量大部分，Stage1中主要包括设备初始化、中断设置、时间设置和储存器初始化等工作，并且采用汇编语言实现，而一些通用功能大多采用C语言实现，放在Stage2中。1、引导程序U-Boot第一阶段分析Stage1的代码在CPU/arm920t/start.s中定义，它包括从系统上电后在0x00000000地址开始执行的部分。这部分代码系统启动后，从NADAFLASH自动加载到SDRAM中，它包括S3C2410A中寄存器的初始化和将U-Boot的Stage2代码从FLASH拷贝到SDRAM。Stage2的起始地址是在Stage1代码中指定的，被复制到SDRAM后，就从第一阶段跳到这个入口地址，开始执行剩余部分代码；其系统工作图如下：第4页共11页2、引导过程U-Boot启动内核的过程可以分成为两个阶段，但在本次课程设计中我们只对其的第一个阶段代码进行分析。第一阶段的功能主要包括硬件设备初始化，加载U-Boot第二阶段代码到RAM空间，设置好栈，跳转到第二阶段代码入口。第一阶段对应的文件是cpu/arm920t/start.S和board/samsung/mini2440/lowlevel_init.S，当系统上电后第一个链接的是cpu/arm920t/start.o，进而执行其代码。1)设置异常向量，从而保证系统上电后出现异常时，CPU根据异常号在异常向量表中找到对应的异常向量，然后执行异常向量处的跳转指令，CPU就跳转到对应的异常处理程序执行；2)设置CPU模式为SVC模式并将中断禁止位和快中断禁止位置一，从而屏硬件设备初始化复制U-Boot第二阶段代码到ARM空间设置堆栈指针清空BSS段跳转到第二阶段入口系统上电第5页共11页蔽了IRQ和FIQ中断；mrsr0,cpsrbicr0,r0,#0x1forrr0,r0,#0xd3msrcpsr,r03)设置控制寄存器地址#ifdefined(CONFIG_S3C2410A)#definepWTCON0x15300000#defineINTMSK0x14400008/*Interupt-Controllerbaseaddresses*/#defineCLKDIVN0x14800014/*clockdivisorregister*/#elifdefined(CONFIG_S3C2410A)#definepWTCON0x53000000#defineINTMSK0x4A000008/*Interupt-Controllerbaseaddresses*/#defineINTSUBMSK0x4A00001C#defineCLKDIVN0x4C000014/*clockdivisorregister*/#endif4)设置关闭看门狗：LDRR0,=PwtconMOVR1,#0x0STRR1,[R0]以上代码向看门狗控制寄存器写入0，关闭看门狗。否则在U-Boot启动过程中，CPU将不断重启。5)设置主中断屏蔽寄存器，禁止所以中断，INTMSK是主中断屏蔽寄存器，每一位对应SRCPND（中断源引脚寄存器）中的一位，表明SRCPND相应位代表的中断请求是否被CPU所处理。movr1,#0xffffffffldrr0,=INTMSKstrr1,[r0]//关闭所有6）设置MPLLCON,UPLLCON,CLKDIVN,CPU上电几毫秒后，晶振输出稳定，FCLK=Fin（晶振频率），CPU开始执行指令。但实际上，FCLK可以高于Fin，为了提高系统时钟，需要用软件来启用PLL。这就需要设置CLKDIVN，MPLLCON，UPLLCON这3个寄存器。#ifdefined(CONFIG_S3C2410A)||defined(CONFIG_S3C2410)ldrr0,=pWTCONmovr1,#0x0strr1,[r0]//关闭watchdogmovr1,#0xffffffffldrr0,=INTMSKstrr1,[r0]//关闭所有的中断#ifdefined(CONFIG_S3C2410A)ldrr1,=0x3ffldrr0,=INTSUBMSKstrr1,[r0]//关闭所有的中断第6页共11页#endif/*FCLK:HCLK:PCLK=1:2:4*//*defaultFCLKis120MHz!*///设置HCLK为FCLK/2,PCLK为FCLK/4,FCLK为CPU产生clock,HCLK为AHB总线上的设备产生//clock,PCLK为APB总线上的设备产生clock,7）初始化RAM控制寄存器,在程序代码中lowlevel_init是来完成内存初始化的工作，由于内存初始化是依赖于开发板的，因此lowlevel_init的代码一般放在board下面相应的目录中（lowlevel_init在board/samsung/mini2440/lowlevel_init.S中定义）。U-Boot在NANDFlash启动时，lowlevel_init.o将自动被读取到CPU内部4KB的内部RAM中。因此第137~146行的代码将从CPU内部RAM中复制寄存器的值到相应的寄存器中。对于U-Boot在NORFlash启动的情况，由于U-Boot连接时确定的地址是U-Boot在内存中的地址，而此时U-Boot还在NORFlash中，因此还需要在NORFlash中读取数据到RAM中。由于NORFlash的开始地址是0，而U-Boot的加载到内存的起始地址是TEXT_BASE，SMRDATA标号在Flash的地址就是SMRDATA－TEXT_BASE。综上所述，lowlevel_init的作用就是将SMRDATA开始的13个值复制给开始地址[BWSCON]的13个寄存器，从而完成了存储控制器的设置。8）复制U-Boot第二阶段代码到RAM,由于cpu/arm920t/start.S原来的代码是只支持从NORFlash启动的，所以要修改现在U-Boot的NORFlash和NANDFlash上就能启动了。而U-Boot的启动可能是在NANDFlash启动或NORFlash启动，所以在启动程序中要专门一段程序来对启动方式进行判定。无论是从NORFlash还是从NANDFlash启动，地址0处为U-Boot的第一条指令“bstart_code”，对于从NANDFlash启动的情况，其开始4KB的代码会被自动复制到CPU内部4K内存中，因此可以通过直接赋值的方法来修改；对于从NORFlash启动的情况，NORFlash的开始地址即为0，必须通过一定的命令序列才能向NORFlash中写数据，所以可以根据这点差别来分辨是从NANDFlash还是NORFlash启动：向地址0写入一个数据，然后读出来，如果发现写入失败的就是NORFlash，否则就是NANDFlash。9）设置堆栈stack_setup:ldrr0,_TEXT_BASEsubr0,r0,#CFG_MALLOC_LENsubr0,r0,#CFG_GBL_DATA_SIZE#ifdefCONFIG_USE_IRQsubr0,r0,#(CONFIG_STACKSIZE_IRQ+CONFIG_STACKSIZE_FIQ)#endifsubsp,r0,#12只要将sp指针指向一段没有被使用的内存就完成栈的设置了。根据上面的代码可以知道U-Boot内存使用情况了，如下图所示：第7页共11页11）清除BSS段,初始值为0，无初始值的全局变量，静态变量将自动被放在BSS段。应该将这些变量的初始值赋为0，否则这些变量的初始值将是一个随机的值，若有些程序直接使用这些没有初始化的变量将引起未知的后果。clear_bss:ldrr0,_bss_startldrr1,_bss_endmovr2,#0x00000000clbss_l:strr2,[r0]addr0,r0,#4cmpr0,r1bleclbss_l12）跳转到第二阶段代码入口,当程序执行到ldrpc,_start_armboot跳转指令时跳转到第二阶段代码入口start_armboot处。ldrpc,_start_armboot//跳转到_start_armboot处执行。_start_armboot:.wordstart_armboot第8页共11页3、程序流程图U-Boot第一阶段启动程序流程图如下：二、程序设计按照实验设计要求自主设计一个简单的引导程序，要求设置中断向量表、堆栈初始化和准备C环境，最后跳到C程序main函数入口点。程序如下所示：.globl_start_start:breset//复位向量ldrpc,_undefined_instructionldrpc,_software_interruptldrpc,_prefetch_abortldrpc,_data_abortldrpc,_not_usedldrpc,_irq//中断向量ldrpc,_fiq//快速中断向量_undefined_instruction:.wordundefined_instruction_software_interrupt:.wordsoftware_interrupt_p