嵌入式课程设计报告完整版
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前言 .............................................................................................. 2
一、U-Boot分析 ........................................................................ 3
1、引导程序U-Boot第一阶段分析 ................................... 3
2、引导过程 .......................................................................... 4
3、程序流程图 ...................................................................... 8
二、程序设计 ............................................................................. 8
三、心得体会 ............................................................................. 9
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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ARM7TDMI core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NADA FLASH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：
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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；
mrs r0,cpsr
bic r0,r0,#0x1f
orr r0,r0,#0xd3
msr cpsr,r0
3) 设置控制寄存器地址
#if defined(CONFIG_S3C2410A)
# define pWTCON 0x15300000
# define INTMSK 0x14400008 /* Interupt-Controller base addresses */
# define CLKDIVN 0x14800014 /* clock divisor register */
#elif defined(CONFIG_S3C2410A)
# define pWTCON 0x53000000
# define INTMSK 0x4A000008 /* Interupt-Controller base addresses */
# define INTSUBMSK 0x4A00001C
# define CLKDIVN 0x4C000014 /* clock divisor register */
#endif
4) 设置关闭看门狗：
LDR R0, =Pwtcon
MOV R1,#0x0
STR R1, [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。
mov r1, #0xffffffff
ldr r0, =INTMSK
str r1, [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。
#if defined(CONFIG_S3C2410A) || defined(CONFIG_S3C2410)
ldr r0, =pWTCON
mov r1, #0x0
str r1, [r0] //关闭watchdog
mov r1, #0xffffffff
ldr r0, =INTMSK
str r1, [r0] //关闭所有的中断
# if defined(CONFIG_S3C2410A)
ldr r1, =0x3ff
ldr r0, =INTSUBMSK
str r1, [r0] //关闭所有的中断
第 6 页 共 11 页 # endif
/* FCLK:HCLK:PCLK = 1:2:4 */
/* default FCLK is 120 MHz ! */
//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NAND Flash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NOR Flash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NOR
Flash中，因此还需要在NOR Flash中读取数据到RAM中。由于NOR Flash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NOR Flash启动的，所以要修改现在U-Boot的NOR Flash和NAND Flash上就能启动了。而U-Boot的启动可能是在NAND Flash启动或NOR Flash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NOR Flash还是从NAND Flash启动，地址0处为U-Boot的第一条指令“ b start_code”，对于从NAND Flash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NOR Flash启动的情况，NOR Flash的开始地址即为0，必须通过一定的命令序列才能向NOR Flash中写数据，所以可以根据这点差别来分辨是从NAND Flash还是NOR Flash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NOR Flash，否则就是NAND Flash。
9）设置堆栈
stack_setup:
ldr r0, _TEXT_BASE
sub r0, r0, #CFG_MALLOC_LEN
sub r0, r0, #CFG_GBL_DATA_SIZE
#ifdef CONFIG_USE_IRQ
sub r0, r0, #(CONFIG_STACKSIZE_IRQ+CONFIG_STACKSIZE_FIQ)
#endif
sub sp, 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：
