基于S3C44B0芯片的uClinux內(nèi)核引導(dǎo)過程分析

前　言

隨著計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)的不斷發(fā)展，功能強(qiáng)大、資源豐富的嵌入式芯片，成為研究人員開發(fā)專業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)品的首選。三星公司生產(chǎn)的S3C44B0芯片，采用ARM7TDM I內(nèi)核，具有功耗小、成本低的特點(diǎn)，是一款專門針對(duì)移動(dòng)終端及PDA手持設(shè)備市場(chǎng)的產(chǎn)品。近幾年，源碼開放的L inux系統(tǒng)迅速發(fā)展，很快成為跨平臺(tái)操作系統(tǒng)中的佼佼者，并且出現(xiàn)了專門針對(duì)嵌入式系統(tǒng)的產(chǎn)品———uClinux。在S3C44B0芯片上移植 uClinux操作系統(tǒng)，能夠充分發(fā)揮該芯片系統(tǒng)資源豐富（相對(duì)單片機(jī)而言）的特點(diǎn)，開發(fā)出功能強(qiáng)大的應(yīng)用產(chǎn)品。

嵌入式系統(tǒng)的啟動(dòng)引導(dǎo)程序與硬件嚴(yán)格相關(guān)，對(duì)編寫人員的要求較高，而在移植uClinux后又大大增加了引導(dǎo)程序的復(fù)雜程度，因此這部分代碼往往是各個(gè)嵌入式產(chǎn)品開發(fā)廠商嚴(yán)格保密的部分。下面將以一款市場(chǎng)上成熟的基于S3C44B0芯片的嵌入式開發(fā)板為藍(lán)本，對(duì)引導(dǎo)uClinux內(nèi)核的過程進(jìn)行分析。

系統(tǒng)引導(dǎo)過程分析

嵌入式系統(tǒng)中uClinux內(nèi)核的系統(tǒng)引導(dǎo)過程通常可以分為3個(gè)階段，即boot階段、系統(tǒng)初始化階段和uClinux內(nèi)核引導(dǎo)階段。通常情況下boot階段和系統(tǒng)初始化階段的工作由一段被稱為bootloader的代碼完成，而內(nèi)核引導(dǎo)則是由事先編譯好了的uClinux可執(zhí)行鏡像來實(shí)現(xiàn)。

系統(tǒng)內(nèi)存組織

由于嵌入式系統(tǒng)的硬件環(huán)境千差萬別，即使選用同一種型號(hào)的嵌入式芯片，其外圍設(shè)備也大不相同，特別是存儲(chǔ)設(shè)備的組織，將直接關(guān)系到引導(dǎo)程序的實(shí)現(xiàn)。對(duì)于 S3C44B0芯片，其生產(chǎn)廠家規(guī)定在系統(tǒng)加電自舉后，從0x00000000處開始執(zhí)行（其他芯片如ARM9系列可以通過地址映射改變?cè)摰刂罚?，故此處通常安排的是Flash 地址空間，用于保存bootloader啟動(dòng)代碼以及uClinux映象。對(duì)于S3C44B0 芯片， RAM 地址被固定在0x0c000000到0x0fffffff的64兆，開發(fā)人員可以根據(jù)自己的需要再組織RAM，如本開發(fā)板存儲(chǔ)器地址安排如下：

此外，考慮到Flash運(yùn)行速度的問題，通常采取的做法是將系統(tǒng)初始化階段的代碼和uClinux內(nèi)核鏡像拷貝到RAM中執(zhí)行。下面將分3個(gè)階段分析系統(tǒng)引導(dǎo)過程。

boot階段

boot階段的主要工作是設(shè)置系統(tǒng)中斷向量、完成對(duì)CPU內(nèi)部寄存器的初始化、系統(tǒng)RAM初始化、為運(yùn)行C程序組織堆棧、拷貝初始化階段代碼到RAM、跳轉(zhuǎn)到C程序入口。該階段代碼直接在Flash中運(yùn)行，為提高執(zhí)行效率采用匯編語言編寫。

（1） 設(shè)置中斷向量。設(shè)置S3C44B0芯片的8種系統(tǒng)中斷的中斷向量地址（包括復(fù)位中斷、未定義指令中斷、軟件中斷、指令預(yù)取異常中斷、數(shù)據(jù)異常中斷、地址異常中斷、IRQ 中斷和F IQ 中斷） ，該地址空間從系統(tǒng)RAM的起始地址開始安排。通常情況下，在Flash的起始部分，存放的就是針對(duì)各中斷向量地址的無條件跳轉(zhuǎn)指令。

__entry :

B ResetHandler

/* for reset vector */

LDR PC， = 0x0c00000c

/* 0x0c00000: 未定義指令中斷向量地址*/

……

/* 中間省略類似跳轉(zhuǎn)*/

LDR PC， = 0x0c000024

/* 0x0c000024: F IQ中斷向量地址*/

（2） CPU內(nèi)部寄存器初始化。通過配置CPU運(yùn)行于SVC模式（采用改變CPSC寄存器中CPU運(yùn)行模式位的方式來實(shí)現(xiàn)） ，并設(shè)置相關(guān)寄存器，以實(shí)現(xiàn)對(duì)基本硬件的初始化工作，包括關(guān)閉中斷、初始化CPU通用端口和設(shè)置CPU頻率等。進(jìn)入SVC模式匯編代碼如下：

MRS a1， CPSR /* 保存當(dāng)前狀態(tài)寄存器值*/

BICa1， a1， #MODE_MASK /* 清除運(yùn)行模式位*/

ORR a1， a1， #SUP_MODE/* 設(shè)置為超級(jí)用戶模式*/

ORR a1， a1， #LOCKOUT /* 關(guān)閉F IQ和IRQ */

MSR CPSR_cxsf， a1 /* 保存到當(dāng)前狀態(tài)寄存器*/

（3） 系統(tǒng)RAM初始化。初始化系統(tǒng)RAM的主要目的是為下面使用RAM空間的操作做好準(zhǔn)備工作，如進(jìn)行代碼拷貝及堆棧初始化等。這部分工作可以分為兩個(gè)步驟。首先，根據(jù)系統(tǒng)配置的存儲(chǔ)器特性，初始化相關(guān)存儲(chǔ)塊控制寄存器的值， 在S3C44B0 中存儲(chǔ)空間被分為BANK0到BANK7共8個(gè)塊，分別由BANKCON0到BANKCON7控制各塊存儲(chǔ)器的讀寫時(shí)鐘數(shù)和片選時(shí)鐘數(shù)等信號(hào)參數(shù)，對(duì)于采取不同存儲(chǔ)芯片的嵌入式系統(tǒng)，可以通過查閱芯片手冊(cè)來獲取該信息，并寫入相關(guān)寄存器。

LDR r0， = rBANKCON0

LDR r1， = 0x700

STR r1， [ r0 ]

/* 中間省略BANK1到BANK6*/

LDR r0， = rBANKCON7

LDR r1， = 0x18000

STR r1， [ r0 ]

LDR r0， = rREFRESH

LDR r1， = 0xac03e1

STR r1， [ r0 ]

LDR r0， = rBANKSIZE

LDR r1， = 0x16

STR r1， [ r0 ]