在ARMSYS上進(jìn)行uClinux內(nèi)核移植的總結(jié)

1。簡述

針對“如何在以S3C44B0X為核心的ARMSYS開發(fā)板上建立uClinux內(nèi)核移植”的一個總結(jié)，其內(nèi)容包括對Bootloader的功能分析和uClinux2。4。24發(fā)行版內(nèi)核基礎(chǔ)上針對S3C44B0X開發(fā)板進(jìn)行修改的重點(diǎn)內(nèi)容的逐一列舉。

2。Bootloader

2。1Bootloader概述

BootLoader就是在操作系統(tǒng)內(nèi)核運(yùn)行之前運(yùn)行的一段程序。通過這段程序，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。因此，正確建立uClinux的移植的前提條件是具備一個與uClinux配套、易于使用的Bootloader。

ARMSYS開發(fā)板提供了這樣一個uClinux專用的Bootloader，該Bootloader程序燒錄在系統(tǒng)的地址0x0處，每次上電即運(yùn)行，能夠正確完成硬件系統(tǒng)的初始化和uClinux的引導(dǎo)。

理論上，uClinux引導(dǎo)時并非一定需要一個獨(dú)立于內(nèi)核的Bootloader。然而，將Bootloader與內(nèi)核分開設(shè)計(jì)能夠使軟件架構(gòu)更加清晰，也有助于靈活地支持多種引導(dǎo)方式，實(shí)現(xiàn)一些有用的輔助功能。

ARMSYS提供的Bootloader的主要任務(wù)可以概括如下：

1．硬件初始化；

2。從主機(jī)下載新的內(nèi)核映像和文件系統(tǒng)映像；

3。燒寫NorFlash和Nandflash；

4。加載uClinux內(nèi)核映像并啟動運(yùn)行；

5。提供串行超級終端上的人機(jī)操作界面。

2。2存儲空間分布

Bootloader采用默認(rèn)的存儲空間分布地址來加載uClinux內(nèi)核、文件系統(tǒng)，并按照正確引導(dǎo)uClinux的運(yùn)行。在ARMSYS的Bootloader中，默認(rèn)的存儲空間分布如下表：

內(nèi)容起始地址存儲介質(zhì)

Bootloader程序空間0x00000000Flash

壓縮內(nèi)核映像0x00010000Flash

ROM文件系統(tǒng)映像0x000e0000Flash

內(nèi)核運(yùn)行地址0x0c008000SDRAM

壓縮內(nèi)核解壓地址0x0c100000SDRAM

文件系統(tǒng)加載0x0c700000SDRAM

這個存儲空間的分配方式也不是固定不變的，可以通過修改Bootloader中的相關(guān)代碼來改變。

2。3Bootloader的工作

完整的Bootloader引導(dǎo)流程可描述如下：

硬件初始化階段一

◎硬件初始化；

◎復(fù)制二級中斷異常矢量表；

◎初始化各種處理器模式；

◎復(fù)制RO和RW，清零ZI(跳轉(zhuǎn)到C代碼入口函數(shù))。

硬件初始化階段二

◎初始化本階段使用到的硬件設(shè)備；

◎建立人機(jī)界面；

◎?qū)崿F(xiàn)映像文件的下載和燒錄工具；

◎?qū)崿F(xiàn)映像文件的加載和運(yùn)行工具。

下面對上述各步驟進(jìn)行逐一說明，并對與uClinux相關(guān)的內(nèi)容詳細(xì)加以說明。

2。3。1硬件初始化

板子上電或復(fù)位后，程序從位于地址0x0的ResetExceptionVector處開始執(zhí)行，因此需要在這里放置Bootloader的第一條指令：bResetHandler，跳轉(zhuǎn)到標(biāo)號為ResetHandler處進(jìn)行第一階段的硬件初始化，主要內(nèi)容為：關(guān)WatchdogTimer，關(guān)中斷，初始化PLL和時鐘，初始化存儲器控制器。比較重要的是PLL的輸出頻率要計(jì)算正確，ARMSYS中把它設(shè)置為64MHz；這實(shí)際上就是處理器的工作主頻，這個時間參數(shù)在第二階段計(jì)算SDRAM的刷新計(jì)數(shù)值和UART的波特率等參數(shù)時還要用到。

2。3。2建立二級異常中斷矢量表

異常中斷矢量表（ExceptionVectorTable）是Bootloader與uClinux內(nèi)核發(fā)生聯(lián)系關(guān)鍵的地方之一。即使uClinux內(nèi)核已經(jīng)得到處理器的控制權(quán)運(yùn)行，一旦發(fā)生中斷，處理器還是會自動跳轉(zhuǎn)到從0x0地址開始的第一級異常中斷矢量表中的某個表項(xiàng)（依據(jù)于中斷類型）處讀取指令運(yùn)行。

在編寫B(tài)ootloader時，地址0x0處的一級異常中斷矢量表只需簡單地包含向二級異常中斷矢量表的跳轉(zhuǎn)指令就可以。這樣，就能夠正確地將發(fā)生的事件交給uClinux的中斷處理程序來處理。對于uClinux內(nèi)核，它在RAM空間中基地址為0xc000000處建立了自己的二級異常中斷矢量表，因此，Bootloader的第一級異常中斷矢量表如下所示：

bResetHandler;ResetHandler

ldrpc，=0x0c000004;UndefinedInstructionHandler

ldrpc，=0x0c000008;SoftwareInterruptHandler

ldrpc，=0x0c00000c;PrefetchAbortHandler

ldrpc，=0x0c000010;DataAbortHandler

b。

ldrpc，=0x0c000018;IRQHandler

ldrpc，=0x0c00001c;FIQHandler

LTORG

如果在Bootloader執(zhí)行的全過程中都不必響應(yīng)中斷，那么上面的設(shè)置已能滿足要求。但在我們的ARMSYS上提供了USB下載器，需要用到中斷，那么Bootloader必須在同樣的地址（0xc000000）處配置自己的二級異常中斷矢量表，以便同uClinux兼容。這張表事先存放在FlashMemory里，引導(dǎo)過程中由Bootloader將其復(fù)制到RAM地址0x0C000000，存放矢量表：

;IRQ==theprogramputthisphraseto0xc000000

ExceptionHanlderBegin

b。

ldrpc，MyHandleUndef;HandlerUndef

ldrpc，MyHandleSWI;HandlerSWI

ldrpc，MyHandlePabort;HandlerPabort

ldrpc，MyHandleDabort;HandlerDAbort

b。;HandlerReserved

ldrpc，MyHandleIRQ;HandlerIRQ

ldrpc，MyHandleFIQ;HandlerFIQ

MyHandleUndefDCDHandleUndef;reserveaword(32bit)

MyHandleSWIDCDHandleSWI

MyHandlePabortDCDHandlePabort

MyHandleDabortDCDHandleDabort

MyHandleIRQDCDHandleIRQ

MyHandleFIQDCDHandleFIQ

ExceptionHanlderEnd

建立二級矢量表：

;****************************************************

;*SetupIRQhandler*

;****************************************************

ldrr0，=(_IRQ_BASEADDRESS+0x100)

ldrr2，=_IRQ_BASEADDRESS

addr3，r0，#0x100

0

CMPr0，r3

STRCCr2，[r0]，#4;cc：Carryclear;saveR2toR0address，R0=R0+4。

BCC%B0

ldrr1，=_IRQ_BASEADDRESS

ldrr0，=ExceptionHanlderBegin;ifthereisn't'subspc，lr，#4'at0x18，0x1c

ldrr3，=ExceptionHanlderEnd

0

CMPr0，r3;putthevectortableat_IRQ_BASEADDRESS(0xc000000)

LDRCCr2，[r0]，#4

STRCCr2，[r1]，#4

BCC%B0

ldrr1，=DIsrIRQ;puttheIRQjudgeprogramat_IRQ_BASEADDRESS+0x80(0xc000080)

ldrr0，=IsrIRQ;ifthereisn't'subspc，lr，#4'at0x18，0x1c

ldrr3，=IsrIRQEnd

0

CMPr0，r3

LDRCCr2，[r0]，#4

STRCCr2，[r1]，#4

BCC%B0

ldrr1，=MyHandleIRQ;MyHandleIRQpointtoDIsrIRQ

ldrr0，=ExceptionHanlderBegin

ldrr4，=_IRQ_BASEADDRESS;

subr0，r1，r0

addr0，r0，r4

ldrr1，=DIsrIRQ

strr1，[r0]

定義Handlexxx：

^(_IRQ_BASEADDRESS)

HandleReset#4

HandleUndef#4

HandleSWI#4

HandlePabort#4

HandleDabort#4

HandleReserved#4

HandleIRQ#4

HandleFIQ#4

^(_IRQ_BASEADDRESS+0x80)

DIsrIRQ#4

;IntVectorTable

^(_IRQ_BASEADDRESS+0x100)

HandleADC#4

HandleRTC#4

HandleUTXD1#4

HandleUTXD0#4

HandleSIO#4

HandleIIC#4

HandleURXD1#4

HandleURXD0#4

HandleTIMER5#4

HandleTIMER4#4

HandleTIMER3#4

HandleTIMER2#4

HandleTIMER1#4

HandleTIMER0#4

HandleUERR01#4

HandleWDT#4

HandleBDMA1#4

HandleBDMA0#4

HandleZDMA1#4

HandleZDMA0#4

HandleTICK#4

HandleEINT4567#4

HandleEINT3#4

HandleEINT2#4

HandleEINT1#4

HandleEINT0#4

將異常中斷矢量重構(gòu)到SDRAM，這樣的好處就是可以在其它的功能程序內(nèi)對中斷處理程序的地址任意賦值。為此，我們在44b。h文件中定義：

/*ISR*/

#definepISR_RESET(*(unsigned*)(_IRQ_BASEADDRESS+0x0))

#definepISR_UNDEF(*(unsigned*)(_IRQ_BASEADDRESS+0x4))

#definepISR_SWI(*(unsigned*)(_IRQ_BASEADDRESS+0x8))

#definepISR_PABORT(*(unsigned*)(_IRQ_BASEADDRESS+0xc))

#definepISR_DABORT(*(unsigned*)(_IRQ_BASEADDRESS+0x10))

#definepISR_RESERVED(*(unsigned*)(_IRQ_BASEADDRESS+0x14))

#definepISR_IRQ(*(unsigned*)(_IRQ_BASEADDRESS+0x18))

#definepISR_FIQ(*(unsigned*)(_IRQ_BASEADDRESS+0x1c))

#definepISR_ADC(*(unsigned*)(_IRQ_BASEADDRESS+0x100))//0x20))

#definepISR_RTC(*(unsigned*)(_IRQ_BASEADDRESS+0x104))//0x24))

#definepISR_UTXD1(*(unsigned*)(_IRQ_BASEADDRESS+0x108))//0x28))

#definepISR_UTXD0(*(unsigned*)(_IRQ_BASEADDRESS+0x10c))//0x2c))

#definepISR_SIO(*(unsigned*)(_IRQ_BASEADDRESS+0x110))//0x30))

#definepISR_IIC(*(unsigned*)(_IRQ_BASEADDRESS+0x114))//0x34))

#definepISR_URXD1(*(unsigned*)(_IRQ_BASEADDRESS+0x118))//0x38))

#definepISR_URXD0(*(unsigned*)(_IRQ_BASEADDRESS+0x11c))//0x3c))

#definepISR_TIMER5(*(unsigned*)(_IRQ_BASEADDRESS+0x120))//0x40))

#definepISR_TIMER4(*(unsigned*)(_IRQ_BASEADDRESS+0x124))//0x44))

#definepISR_TIMER3(*(unsigned*)(_IRQ_BASEADDRESS+0x128))//0x48))

#definepISR_TIMER2(*(unsigned*)(_IRQ_BASEADDRESS+0x12c))//0x4c))

#definepISR_TIMER1(*(unsigned*)(_IRQ_BASEADDRESS+0x130))//0x50))

#definepISR_TIMER0(*(unsigned*)(_IRQ_BASEADDRESS+0x134))//0x54))

#definepISR_UERR01(*(unsigned*)(_IRQ_BASEADDRESS+0x138))//0x58))

#definepISR_WDT(*(unsigned*)(_IRQ_BASEADDRESS+0x13c))//0x5c))

#definepISR_BDMA1(*(unsigned*)(_IRQ_BASEADDRESS+0x140))//0x60))

#definepISR_BDMA0(*(unsigned*)(_IRQ_BASEADDRESS+0x144))//0x64))

#definepISR_ZDMA1(*(unsigned*)(_IRQ_BASEADDRESS+0x148))//0x68))

#definepISR_ZDMA0(*(unsigned*)(_IRQ_BASEADDRESS+0x14c))//0x6c))

#definepISR_TICK(*(unsigned*)(_IRQ_BASEADDRESS+0x150))//0x70))

#definepISR_EINT4567(*(unsigned*)(_IRQ_BASEADDRESS+0x154))//0x74))

#definepISR_EINT3(*(unsigned*)(_IRQ_BASEADDRESS+0x158))//0x78))

#definepISR_EINT2(*(unsigned*)(_IRQ_BASEADDRESS+0x15c))//0x7c))

#definepISR_EINT1(*(unsigned*)(_IRQ_BASEADDRESS+0x160))//0x80))

#definepISR_EINT0(*(unsigned*)(_IRQ_BASEADDRESS+0x164))//0x84))

例如，我們要使用到Exint4567中斷，定義好中斷處理程序Meint4567Isr()后，僅需要一條語句：

pISR_EINT4567=(int)MEint4567Isr;

就能使中斷發(fā)生后正確跳轉(zhuǎn)到我們編寫的處理程序上。