BootLoader的设计与实现.ppt

1-嵌入式系统嵌入式系统BootLoaderBootLoader的设计与实现的设计与实现S3C44B0XS3C44B0X的的BootLoaderBootLoader-2-课件总目录课件总目录课件总目录课件总目录 2.移植前规划 3.Bootloader 1.绪论 -3-章节目录章节目录章节目录章节目录1.1.绪论绪论 1.1 BootLoader1.1 BootLoader简介简介 u 内容提要内容提要 -4-1.绪论绪论 内容提要内容提要 本章首先介绍了本章首先介绍了BootloaderBootloader的定义、特点、的定义、特点、安装媒介、下载方式、和启动过程等方面的内安装媒介、下载方式、和启动过程等方面的内容。容。-5-1.1 BootLoader简介简介(1)BIOS定义：BIOS（BasicInput/OutputSystem）是一组固化到计算机内主板上一个ROM芯片上的程序，它保存着计算机最重要的基本输入输出的程序、系统设置信息、开机后自检程序和系统自启动程序；主要功能:是为计算机提供最底层的、最直接的硬件设置和控制。-6-1.1 BootLoader简介简介(2)嵌入式系统引导加载程序嵌入式系统引导加载程序对于PC机来说，其开机后操作系统启动前的硬件初始化操作是由BIOS完成的；对于嵌入式系统来说，出于通用性、价格等方面的考虑，通常并没有像BIOS那样的固件程序；启动时用于完成初始化操作的引导加载程序必须自行编写，这段程序一般被称为Bootloader程序。BootLoaderBootLoader程序是系统加电（或复位）后运行的第一段软件代码。主要作用：通过这段代码，可以初始化系统硬件设备、建立内存空间的映射图，从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态，以便最终调用操作系统内核。-7-1.1 BootLoader简介简介(3)BootLoader特点特点BootLoader除了依赖CPU的体系结构外，还依赖于具体的嵌入式板级设备的配置；对于两块不同的嵌入式开发板，即使它们是基于同一种CPU而构建的，如果他们的硬件资源和配置不一致，要想让运行在一块板子上的BootLoader程序也能运行在另一块板子上，也还是需要作一些必要的修改。通用通用BootLoader综上所述，为嵌入式系统建立一个通用的BootLoader是很困难的；尽管如此，我们仍然可以对BootLoader（尤其是基于同种Core的微处理器）归纳出一些通用的概念和设计思路，用来指导用户特定BootLoader的设计与实现。-8-1.1 BootLoader简介简介(4)BootLoader安装媒介安装媒介系统加电或复位后，所有的CPU通常都从CPU制造商预先安排的地址上取指令。举例说明举例说明基于ARM7TDMICore的嵌入式系统中，系统在上电或复位时是从0 x00000000地址开始取第一条指令执行，而在这个地址安排的通常就是系统的BootLoader程序。嵌入式系统通常都有某种类型的固态存储设备(比如ROM、EPROM或FLASH等)被安排这个起始地址上用来存放BootLoader程序。-9-1.1 BootLoader简介简介(5)BootLoader下载方式下载方式目标机目标机串口串口网口网口JTAGJTAGMPUMPURAMRAMBOOT ROMBOOT ROM下载工具下载工具宿主机宿主机u 通过编程器将可执行目标文件烧写到通过编程器将可执行目标文件烧写到 BootROMBootROM中。中。u 通常通过串行口、网口或通常通过串行口、网口或JTAGJTAG等接口等接口下载。下载。-10-1.1 BootLoader简介简介(6)BootLoader启动过程启动过程为了增加BootLoader的通用性和可移植性，本文把启动过程分为stagel和stage2两个阶段。stage1阶段：执行的是用汇编语言来实现的依赖CPU体系结构的代码，这样可以提高系统的启动速度。stage2阶段：完成的是OS内核启动前的准备工作，多采用处理能力强、可移植性好的C语言来实现。最小启动代码最小启动代码stage1阶段执行的代码，我们称之为最小启动代码。所谓最小启动代码是指为了完成系统（OS或用户应用程序）启动所必须的最少硬件的初始化程序。-11-1.3 C/OS-II移植流程移植流程Phase 1 Phase 1 Phase 2 Phase 2 1.1.移植的硬件条件移植的硬件条件2.2.编译器的选择编译器的选择3.3.工作状态的选择工作状态的选择4.4.工作模式的选择工作模式的选择5.BootLoader5.BootLoader框架框架6.6.初始化流程初始化流程7.7.编写最小启动代码编写最小启动代码移植前规划阶段移植前规划阶段操作系统移植阶段操作系统移植阶段 -12-章节目录章节目录章节目录章节目录2.2.移植前规划移植前规划 2.1 2.1 移植的硬件条件移植的硬件条件 2.2 2.2 编译器的选择编译器的选择 2.3 2.3 工作状态工作状态的的选择选择 2.4 2.4 工作模式工作模式的的选择选择 u 内容提要内容提要 -13-2.2 编译器的选择编译器的选择(2)常用的常用的ARM编译器编译器目前，比较流行的编译器有SDT、ADS、IAR、KEIL和GCC等，其中SDT和ADS均为ARM公司开发，ADS为SDT的升级版。本移植采用的编译器本移植采用的编译器ADS1.2（ARMDeveloperSuite）集成开发环境。-14-2.3 工作状态的选择工作状态的选择ARM处理器工作状态处理器工作状态自从ARM7TDMICore以后，体系结构中具有T变种的ARM处理器核可以工作在以下两种状态。ARM状态ARM状态下执行字对准的32位ARM指令；Thumb状态Thumb状态下执行半字对准的16位Thumb指令。两种工作状态可以进行相互切换。本移植采用的工作状态本移植采用的工作状态本移植只实现COS-II在ARM状态下工作。-15-2.4 工作模式的选择工作模式的选择(1)ARM处理器工作模式处理器工作模式与用户模式类似，但具有可以直与用户模式类似，但具有可以直接切换到其它模式等特权接切换到其它模式等特权支持操作系统的特权任务支持操作系统的特权任务 系统系统 (sys)(sys)未定义指令异常时进入此模式未定义指令异常时进入此模式支持硬件协处理器的软件支持硬件协处理器的软件仿真仿真 未定义未定义(und)(und)在在ARM7TDMIARM7TDMI没有大用处没有大用处用于支持虚拟内存和存储用于支持虚拟内存和存储器保护器保护 中止中止 (abt)(abt)复位和软件中断时进入此模式复位和软件中断时进入此模式操作系统保护代码操作系统保护代码 管理管理 (svc)(svc)IRQIRQ异常响应时进入此模式异常响应时进入此模式用于通用中断处理用于通用中断处理 中断中断 (irq)(irq)FIQFIQ异常响应时进入此模式异常响应时进入此模式支持高速数据传输及通道支持高速数据传输及通道处理处理 快中断快中断(fiq)(fiq)不能直接切换到其它模式不能直接切换到其它模式正常程序工作模式正常程序工作模式 用户用户 (usr)(usr)备注备注说明说明处理器模式处理器模式-16-2.4 工作模式的选择工作模式的选择(2)特权模式特权模式与用户模式类似，但具有可以直与用户模式类似，但具有可以直接切换到其它模式等特权接切换到其它模式等特权支持操作系统的特权任务支持操作系统的特权任务 系统系统 (sys)(sys)未定义指令异常时进入此模式未定义指令异常时进入此模式支持硬件协处理器的软件支持硬件协处理器的软件仿真仿真 未定义未定义(und)(und)在在ARM7TDMIARM7TDMI没有大用处没有大用处用于支持虚拟内存和存储用于支持虚拟内存和存储器保护器保护 中止中止 (abt)(abt)复位和软件中断时进入此模式复位和软件中断时进入此模式操作系统保护代码操作系统保护代码 管理管理 (svc)(svc)IRQIRQ异常响应时进入此模式异常响应时进入此模式用于通用中断处理用于通用中断处理 中断中断 (irq)(irq)FIQFIQ异常响应时进入此模式异常响应时进入此模式支持高速数据传输及通道支持高速数据传输及通道处理处理 快中断快中断(fiq)(fiq)不能直接切换到其它模式不能直接切换到其它模式正常程序工作模式正常程序工作模式 用户用户 (usr)(usr)备注备注说明说明处理器模式处理器模式u 说明说明 1.1.除用户模式外，其它模式称为除用户模式外，其它模式称为特权模式特权模式；2.ARM2.ARM内部寄存器和一些片内外设在硬件设计内部寄存器和一些片内外设在硬件设计 上只允许（或可选为只允许）特权模式下访问；上只允许（或可选为只允许）特权模式下访问；3.3.特权模式可以自由的切换处理器模式，而用户特权模式可以自由的切换处理器模式，而用户 模式不能直接切换到别的模式。模式不能直接切换到别的模式。-17-2.4 工作模式的选择工作模式的选择(3)异常模式异常模式与用户模式类似，但具有可以直与用户模式类似，但具有可以直接切换到其它模式等特权接切换到其它模式等特权支持操作系统的特权任务支持操作系统的特权任务 系统系统 (sys)(sys)未定义指令异常时进入此模式未定义指令异常时进入此模式支持硬件协处理器的软件支持硬件协处理器的软件仿真仿真 未定义未定义(und)(und)在在ARM7TDMIARM7TDMI没有大用处没有大用处用于支持虚拟内存和存储用于支持虚拟内存和存储器保护器保护 中止中止 (abt)(abt)复位和软件中断时进入此模式复位和软件中断时进入此模式操作系统保护代码操作系统保护代码 管理管理 (svc)(svc)IRQIRQ异常响应时进入此模式异常响应时进入此模式用于通用中断处理用于通用中断处理 中断中断 (irq)(irq)FIQFIQ异常响应时进入此模式异常响应时进入此模式支持高速数据传输及通道支持高速数据传输及通道处理处理 快中断快中断(fiq)(fiq)不能直接切换到其它模式不能直接切换到其它模式正常程序工作模式正常程序工作模式 用户用户 (usr)(usr)备注备注说明说明处理器模式处理器模式u 说明说明 1.1.这五种模式称为这五种模式称为异常模式异常模式；2.2.可以通过程序切换进入外，也可由特定的异常进入；可以通过程序切换进入外，也可由特定的异常进入；3.3.当特定的异常出现时，处理器进入相应的模式；当特定的异常出现时，处理器进入相应的模式；4.4.每种异常模式都有一些独立的寄存器；每种异常模式都有一些独立的寄存器；5.5.系统上电或复位后自动进入系统上电或复位后自动进入管理管理(SVC)(SVC)模式，模式，本移植本移植 COS-IICOS-II的任务正常是运行在的任务正常是运行在管理模式管理模式。-18-章节目录章节目录章节目录章节目录3.3.操作系统移植操作系统移植 3.1 BootLoader3.1 BootLoader总体流程图总体流程图 3.2 3.2 BootLoader初始化初始化步骤步骤 3.3 3.3 编写编写最小启动代码最小启动代码 u 内容提要内容提要 -19-3.操作系统移植操作系统移植内容提要内容提要 本章首先介绍了本章首先介绍了BootLoader BootLoader 所必需实现所必需实现的功能；然后采用流程图方式介绍了的功能；然后采用流程图方式介绍了BootLoaderBootLoader编写的步骤；接着用图示的方法介编写的步骤；接着用图示的方法介绍了最小启动代码的编写。绍了最小启动代码的编写。-20-3.1 BootLoader总体流程图总体流程图 3.1.1 3.1.1 总体流程图总体流程图硬件初始化stage1123设置中断向量表最小硬件初始化最小启动代码RTOS运行环境初始化RTOS初始化stage2456RTOS初始化启动RTOS硬件抽象层初始化软件初始化用户程序7用户程序初始化-21-3.2 BootLoader初始化初始化步骤步骤(1)3.2.1 3.2.1 硬件初始化阶段硬件初始化阶段123最小硬件初始化最小启动代码stage1设置中断向量表RTOS运行环境初始化u 中断向量表放在上电后映射在从0 x00000000开始的8*4个字节的连续存储空间中；u 其作用是指定了各种异常中断处理程序的入口地址。设置中断向量表 -22-3.2 BootLoader初始化初始化步骤步骤(2)3.2.1 3.2.1 硬件初始化阶段硬件初始化阶段23最小硬件初始化最小启动代码设置中断向量表RTOS运行环境初始化stage11u 禁用看门狗定时器；u 屏蔽所有中断；u 设定CPU的时钟频率；u 初始化存储器；u 分配各种模式下的栈空间。最小硬件初始化 -23-3.2 BootLoader初始化初始化步骤步骤(3)3.2.1 3.2.1 硬件初始化阶段硬件初始化阶段123最小硬件初始化最小启动代码设置中断向量表RTOS运行环境初始化stage1u 为RTOS运行准备合适的RAM；u 呼叫RTOS主（Main）程序。RTOS运行环境初始化 -24-3.2 BootLoader初始化初始化步骤步骤(4)3.2.2 RTOS3.2.2 RTOS初始化阶段初始化阶段456硬件抽象层初始化RTOS初始化启动RTOSstage2u 系统cache、总线设置；u 中断及中断处理程序初始化；u I/O端口配置；u 初始化定时器；u 对RTOS所需的其它设备初始化。硬件抽象层初始化 -25-3.2 BootLoader初始化初始化步骤步骤(5)456硬件抽象层初始化RTOS初始化启动RTOSstage2u RTOS内核启动参数初始化；u RTOS扩展部件初始化。RTOS初始化 3.2.2 RTOS3.2.2 RTOS初始化阶段初始化阶段-26-3.2 BootLoader初始化初始化步骤步骤(6)3.2.2 RTOS3.2.2 RTOS初始化阶段初始化阶段456硬件抽象层初始化RTOS初始化启动RTOSstage2u 运行优先级最高的就绪任务；u 启动RTOS时钟中断。启动RTOS -27-3.2 BootLoader初始化初始化步骤步骤(7)3.2.3 3.2.3 用户程序初始化阶段用户程序初始化阶段7用户程序用户程序初始化u 用户程序正常运行所进行的初始化。用户程序初始化 -28-3.3 编写最小启动代码编写最小启动代码3.3.1 3.3.1 设置中断向量表设置中断向量表向量地址向量地址异常中断类型异常中断类型转移指令转移指令0 x0000001CFIQLDRPC,=FIQHandler0 x00000018IRQLDRPC,=IRQHandler0 x00000014ReservedNOP0 x00000010DataAbortLDRPC,=DabortHandler0 x0000000CPrefechAbortLDRPC,=PabortHandler0 x00000008SWILDRPC,=SWIHandler0 x00000004UndefinedInstructionLDRPC,=UndefHandler0 x00000000ResetBResetHandleru知识点讲解知识点讲解u中断向量表结构特点中断向量表结构特点n中断向量表中每种异常只分配中断向量表中每种异常只分配4 4个字节，所以不能放下个字节，所以不能放下整个异常中断处理程序，只能放一条跳转指令，用以跳整个异常中断处理程序，只能放一条跳转指令，用以跳转到相应的异常中断处理程序。转到相应的异常中断处理程序。u设置中断向量表示意代码分析设置中断向量表示意代码分析-29-3.3 编写最小启动代码编写最小启动代码知识点讲解知识点讲解禁用看门狗定时器和屏蔽所有中断为了避免初始化过程被打断，需要禁用看门狗定时器和屏蔽所有中断。禁用看门狗定时器和屏蔽所有中断示意代码分析3.3.2 3.3.2 最小硬件初始化最小硬件初始化 WTCONEQU0 x01d30000;看门狗定时器控制寄存器LDRr0，=WTCONLDRr1，=0 x00000000;禁用看门狗定时器STRr1，r0INTMSKEQU0 x01e0000c;中断屏蔽寄存器LDRr0，=INTMSKLDRr1，=0 x07ffffff;屏蔽所用外部中断STRr1，r0-30-3.3 编写最小启动代码编写最小启动代码知识点讲解知识点讲解S3C44B0X时钟发生器组成主时钟源有两个：一个是XTAL0和EXTAL0连接的外部晶振，另一个是EXTCLK连接的外部时钟；PLL的功能是以低频振荡器的输出作为输入，产生S3C44B0X需要的高频信号；还有一个时钟控制逻辑部件来可产生稳定的时钟频率。时钟源的选择OM3:2=00时钟源为晶振；OM3:2=01时钟源为外部时钟。3.3.2 3.3.2 最小硬件初始化最小硬件初始化 -31-3.3 编写最小启动代码编写最小启动代码知识点讲解知识点讲解时钟发生器原理框图M注意事项注意事项本移植时钟源的选择采用晶振，其中晶振频率为6MHz,即Fin=6MHz。3.3.2 3.3.2 最小硬件初始化最小硬件初始化 -32-3.3 编写最小启动代码编写最小启动代码知识点讲解知识点讲解PLL分频器PLL输出时钟频率Fpllo和输入的时钟频率Fin的关系：Fpllo=(m*Fin)/(p*2s)其中，m=MDIV(分频器M的分频值)+8，p=PDIV(分频器P的分频值)+2，s=SDIV(分频器S的分频值)。PLL值的选择向导Fpllo必须大于20Mhz，小于66MHz；Fpllo*2s必须小于170MHz。3.3.2 3.3.2 最小硬件初始化最小硬件初始化 -33-3.3 编写最小启动代码编写最小启动代码知识点讲解知识点讲解PLL锁相环原理框图3.3.2 3.3.2 最小硬件初始化最小硬件初始化 -34-3.3 编写最小启动代码编写最小启动代码主时钟频率及各功能模块时钟频率设定示意代码分主时钟频率及各功能模块时钟频率设定示意代码分析析3.3.2 3.3.2 最小硬件初始化最小硬件初始化 PLLCON EQU0 x01d80000;PLL控制寄存器CLKCON EQU0 x01d80004;时钟控制寄存器LOCKTIMEEQU0 x01d8000c;锁时计数寄存器M_DIVEQU0 x48P_DIVEQU0 x02S_DIVEQU0 x01;Fin=6MHz,Fout=60MHLDRr0，=LOCKTIMELDRr1，=0 x00000fff;Tlock=(1/Fin)*LTIMECNTSTRr1，r0LDRr0，=PLLCONLDRr1，=(M_DIV12)+(P_DIV4)+S_DIV)STRr1，r0LDRr0，=CLKCONLDRr1，=0 x00007ff8;AllunitblockCLKenableSTRr1，r0-35-3.3 编写最小启动代码编写最小启动代码知识点讲解知识点讲解存储器初始化是指对Flash、RAM存等储器的地址范围、数据总线宽度以及DRAM的刷新频率等进行设置。设置对象是存储器控制寄存器，芯片不同设置不同，具体需要参考芯片手册【S3C44b0X数据手册.pdf】。存储器控制寄存器S3C44B0X的存储器控制寄存器是以0 x01C80000为起始地址的13个连续的32位寄存器。可以一次将预先配置好的初始化数据存入与存储器控制器相关的13个寄存器。M注意事项注意事项S3C44B0X不支持存储器地址重映射（MemoryRemap）。3.3.2 3.3.2 最小硬件初始化最小硬件初始化 -36-3.3 编写最小启动代码编写最小启动代码存储器初始化示意代码分析存储器初始化示意代码分析3.3.2 3.3.2 最小硬件初始化最小硬件初始化 LDRr0，=SMRDATALDMIAr0，r1-r13LDRr0，=0 x01c80000;BWSCONAddressSTMIAr0，r1-r13SMRDATADATADCDcBWSCONDCDcBANKCON0;GCS0DCDcBANKCON1;GCS1DCDcBANKCON2;GCS2DCDcBANKCON3;GCS3DCDcBANKCON4;GCS4DCDcBANKCON5;GCS5DCDcBANKCON6;GCS6DCDcBANKCON7;GCS7DCDcREFRESH;REFRESHDCDcBANKSIZE;BANKSIZEDCDcMRSRB6;MRSR6DCDcMRSRB7;MRSR7-37-3.3 编写最小启动代码编写最小启动代码知识点讲解知识点讲解工作模式与栈空间基于ARM7TDMI Core的微处理器有用户、系统、FIQ、IRQ、管理、中止和未定义共7种模式，程序根据不同需求可能需要切换到不同的工作模式下运行。因为每种模式下都有各自的堆栈指针（SP），所以需要为每种模式分配栈空间。3.3.2 3.3.2 最小硬件初始化最小硬件初始化 -38-3.3 编写最小启动代码编写最小启动代码3.3.2 3.3.2 最小硬件初始化最小硬件初始化 寄存器类别寄存器类别寄存器在汇编中的寄存器在汇编中的名称名称各模式下实际访问的寄存器各模式下实际访问的寄存器用户用户系统系统管理管理中止中止未定义未定义中断中断快中断快中断通用寄存器通用寄存器程序计数器程序计数器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15状态寄存器状态寄存器CPSRCPSRSPSR无无SPSR_abtSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiqSPSR_fiqSPSR_fiqSPSR_irqSPSR_irqSPSR_undSPSR_undSPSR_abtSPSR_abtSPSR_svcSPSR_svcCPSRCPSRR15R15R14_fiqR14_fiqR14_irqR14_irqR14_undR14_undR14_abtR14_abtR14_svcR14_svcR14R14R13_fiqR13_fiqR13_irqR13_irqR13_undR13_undR13_abtR13_abtR13_svcR13_svcR13R13R12_fiqR12_fiqR12R12R11_fiqR11_fiqR11R11R10_fiqR10_fiqR10R10R9_fiqR9_fiqR9R9R8_fiqR8_fiqR8R8R7R7R6R6R5R5R4R4R3R3R2R2R1R1R0R0-39-3.3 编写最小启动代码编写最小启动代码3.3.2 3.3.2 最小硬件初始化最小硬件初始化 向量地址向量地址异常中断类型异常中断类型进入的工作模式进入的工作模式0 x0000001CFIQ快速中断模式（FIR）0 x00000018IRQ普通中断模式（IRQ）0 x00000014Reserved保留0 x00000010DataAbort中止模式（Abort）0 x0000000CPrefechAbort中止模式（Abort）0 x00000008SWI管理模式（Supervisor）0 x00000004UndefinedInstruction未定义模式（Undefined）0 x00000000Reset管理模式（Supervisor）u知识点讲解知识点讲解u不同异常中断发生进入不同工作模式不同异常中断发生进入不同工作模式M注意事项注意事项u系统上电或复位后从地址系统上电或复位后从地址0 x000000000 x00000000开始取第一条复开始取第一条复位异常指令位异常指令B ResetHandlerB ResetHandler执行，并自动切换到管理执行，并自动切换到管理模式。模式。-40-3.3 编写最小启动代码编写最小启动代码分配各种工作模式下的栈空间示意代码分析分配各种工作模式下的栈空间示意代码分析3.3.2 3.3.2 最小硬件初始化最小硬件初始化 LDRsp，=SVCStackBLInitStacksInitStacksMRSr0，cpsrBICr0，r0，#MODEMASKORRr1，r0，#UNDEFMODE|NOINT;UndefModeMSRcpsr_cxsf，r1LDRsp，=UndefStack;AbortMode;IRQMode;FIQMode;SVCMode;USRModeisnotinitialized.-41-3.3 编写最小启动代码编写最小启动代码知识点讲解知识点讲解映像文件的组成ARM链接器把编译（或汇编）生成的目标文件和所需要的库文件链接在一起生成可执行的ELF（Executable Linkable Format）格式的映像文件；ARM编译器生成的文件为目标文件，其只对单个文件工作，每次只能编译一个源文件，输出一个目标文件；链接器每次可以链接多个目标文件，把这些文件链接成一个可执行的映像文件；文件是编译器操作的基本单位，而段则是链接器操作的基本单位，链接器不关心有多少个输入文件，只关心有多少个和何种属性的输入段。3.3.3 3.3.3 RTOSRTOS运行环境初始化运行环境初始化-42-3.3 编写最小启动代码编写最小启动代码知识点讲解知识点讲解输入段来源一种是来自源文件中的段；一种是来自系统库文件中的段。输入段3种属性只读（RO）段；可读写（RW）段；初始化为0（ZI）段。3.3.3 3.3.3 RTOSRTOS运行环境初始化运行环境初始化-43-3.3 编写最小启动代码编写最小启动代码知识点讲解知识点讲解输出段链接器输出的可执行的映像文件也包含一个或多个段，称为输出段；输出段也有3种属性：只读段、可读写段和初始化为0段。输出段的组织程序代码和常量存放在RO段；可读写的全局变量和静态变量存放在RW段；RW段中要被初始化为零的变量被称为ZI段；链接器把属性相同的输入段按照顺序组织，形成输出段。3.3.3 3.3.3 RTOSRTOS运行环境初始化运行环境初始化-44-3.3 编写最小启动代码编写最小启动代码举例说明举例说明3.3.3 3.3.3 RTOSRTOS运行环境初始化运行环境初始化输入段输入段文件文件1 RO RW ZI 1 RO RW ZI 文件文件2 RO ZI2 RO ZI文件文件3 RO RW ZI3 RO RW ZI链链接接器器输出段输出段RO RO RO RORO RO RO RO输出段输出段RW RW RWRW RW RW输出段输出段ZI ZI ZI ZIZI ZI ZI ZI输出段输出段-45-3.3 编写最小启动代码编写最小启动代码知识点讲解知识点讲解加载地址和执行地址映像文件可以有两种地址：加载地址和执行地址；加载地址：就是文件在存储器中的存储地址；执行地址：就是文件在运行时的地址。举例说明举例说明简单的系统与复杂的系统简单的系统中，加载地址和执行地址通常是同一地址；复杂的系统中，常常需要把程序的一部分或全部从加载地址转移到执行地址。3.3.3 3.3.3 RTOSRTOS运行环境初始化运行环境初始化-46-3.3 编写最小启动代码编写最小启动代码知识点讲解知识点讲解存储器选型在嵌入式系统中，Nor Flash是常见的一种存储芯片，其特点是系统掉电数据不会丢失，因此很适合作为BootLoader的存储介质；Nor Flash的读取和RAM类似，支持Execute On Chip，即程序可以直接在FLASH片内执行,但不可以直接进行写操作；根据Nor Flash的特点，我们经过连接器链接生成的映像文件的加载地址一般在Nor Flash中。M注意事项注意事项只读（RO）段的存储地址就是其执行地址，而可读写（RW）段和初始化为0（ZI）段必须被复制到RAM存储器进行，即后两者的存储地址和执行地址不同。3.3.3 3.3.3 RTOSRTOS运行环境初始化运行环境初始化-47-3.3 编写最小启动代码编写最小启动代码知识点讲解知识点讲解ADS1.2链接器的链接类型Partia方式：表示链接器只进行部分链接，经过部分链接生成的目标文件，可为以后进一步链接的输入文件；Simple方式：默认链接方式，它使用链接器选项中指定的地址映射方式，生成简单的ELF格式的映像文件；Scattered方式：使得链接器要根据scatter描述文件中指定的地址映射，生成复杂的ELF格式的映像文件。M注意事项注意事项本移植采用默认的【Simple】链接方式RO Base：这个文本框设置包含有RO段的加载地址，同时又是RO段的运行地址；RW Base：这个文本框设置包含RW和ZI段的执行地址。3.3.3 3.3.3 RTOSRTOS运行环境初始化运行环境初始化-48-3.3 编写最小启动代码编写最小启动代码知识点讲解知识点讲解链接器产生的地址映射过程在默认情况下，链接器生成的映像文件包括RO、RW和ZI三种属性的输出段，并按照下列顺序组织输入段。3.3.3 3.3.3 RTOSRTOS运行环境初始化运行环境初始化 零初始化的数据段零初始化的数据段 非零初始化的数据段非零初始化的数据段 可读写代码段可读写代码段 只读数据段只读数据段只读代码段只读代码段高地址高地址低地址低地址输出映像文件的组成输出映像文件的组成uImageImage文件只包含了文件只包含了RORO段、段、RWRW段和段和ZIZI段的大小；段的大小；u这是因为这是因为ZIZI段中的数据都是段中的数据都是0 0，没必要包含；，没必要包含；u只要程序运行之前将只要程序运行之前将ZIZI数据数据所在的区域一律清零即可所在的区域一律清零即可。说明说明-49-3.3 编写最小启动代码编写最小启动代码举例说明举例说明已知ROBase为0 x00000，RWBase为0 x08000，在加载地址为0 x06000位置存储了RW属性的存储段，试描述加载域与执行域。3.3.3 3.3.3 RTOSRTOS运行环境初始化运行环境初始化-50-3.3 编写最小启动代码编写最小启动代码举例说明举例说明已知ROBase为0 x00000，RWBase为0 x08000，在加载地址为0 x06000位置存储了RW属性的存储段，试描述加载域与执行域。3.3.3 3.3.3 RTOSRTOS运行环境初始化运行环境初始化0 x08000RW SectionRO SectionRW SectionRO SectionZI Section0 x000000 x060000 x0A000Load ViewExcution View-51-3.3 编写最小启动代码编写最小启动代码RTOS运行环境初始化示意代码分析运行环境初始化示意代码分析3.3.3 3.3.3 RTOSRTOS运行环境初始化运行环境初始化LDRr0,=|Image$RO$Limit|;得到ROM加载域中RW数据段的起始地址LDRr1,=|Image$RW$Base|;得到RAM执行域中RW数据段的起始地址LDRr3,=|Image$ZI$Base|;得到RAM中ZI段的起始地址CMP r0,r1BEQ%F10CMP r1,r3;复制加载域的RW段到执行域LDRCCr2,r0,#4STRCCr2,r1,#4BCC%B01LDRr1,=|Image$ZI$Limit|;对ZI段（未初始化的数据段）初始化为0MOV r2,#02CMP r3,r1STRCC r2,r3,#4BCC%B2RW段数据拷贝和ZI段的数据清0-52-3.3 编写最小启动代码编写最小启动代码知识点讲解知识点讲解映像文件入口点普通入口点：在汇编语言源文件中，由ENTRY伪操作定义的入口点是普通入口点,在C库中_main()函数也是一个普通入口点,可以定义多个普通入口点；初始入口点（Image Entry Point）：BootLoader映像文件必须定义初始入口点，该点地址就是可执行文件运行时的起点，而且整个应用程序只有一个初始入口点,初始入口点通常是普通入口点。3.3.3 3.3.3 RTOSRTOS运行环境初始化运行环境初始化-53-3.3 编写最小启动代码编写最小启动代码M注意事项注意事项ENTRY伪操作在输入段中，ENTRY伪操作可以告知链接器，不要在执行优化链接过程中把这些输入段作为不使用的段删除；为确保这段代码被链接在0 x0地址处，并且作为整个程序的初始入口点，通常需要在连接选项中显式的指定程序初始入口点；本移植初始入口点本移植初始入口点为0 x0地址。3.3.3 3.3.3 RTOSRTOS运行环境初始化运行环境初始化-54-3.3 编写最小启动代码编写最小启动代码知识点讲解知识点讲解呼叫RTOS主程序对Main函数的调用就是进入C/OS-II的入口，通过这个入口就进入对C/OS-II的初始化，即stage2阶段。呼叫呼叫RTOS主程序示意代码分析主程序示意代码分析M注意事项注意事项呼叫主程序时，函数Main()与main()区别。3.3.3 3.3.3 RTOSRTOS运行环境初始化运行环境初始化IMPORTMainBMain;RTOSEntry-55-3.4 修改修改C/OS-II相关文件相关文件知识点讲解知识点讲解驱动/硬件抽象层（uHAL）作用完成stage1阶段没有初始化的其他硬件，通常放在操作系统启动后立刻进行，从结构上看，uHAL是一组库函数。C/OS-II调用ARMTargetInit()函数初始化硬件Sys_Init():设置系统Cache；Port_Init():初始化I/O端口；Uart_Init():初始化Uart；uHAL_InitInterrupts():设置中断和中断处理程序；uHALr_InstallTimer():创建一个系统时钟。3.4.1 3.4.1 硬件抽象层硬件抽象层初始化初始化 -56-青岛大学信息工程学院青岛大学信息工程学院