基于三星S3C44BOx目标板在μClinux系统上的Bootloader

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第２４卷第６期　

２００６年ｌ２月　

石河子大学学报（自然科学版）　

Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｈｉｈｅｚｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ［Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ）　

Ｖ０１．２４　Ｎｏ．６　

Ｄ　．２０ｏ６　

文章编号：１００７．７３８３（２００６）０６－０７６８－０５　

基于三星Ｓ３Ｃ４４ＢＯｘ目标板在＃Ｃｌｉｎｕｘ系统上　

的Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ　

何剑锋，李宏穆，庄阿龙　

（成都理工大学，四川成都６１００５９）　

摘要：介绍了嵌入式ｔｔＣｌｉｎｕｘ　２．４．２４操作系统引导加载程序Ｂｏｏｆｌｏａｄｅｒ的编写方法及其要点。根据ＡＲＭ芯片的结　

构分析映像文件的组成及其地址映射方法，并结合杭州立字泰公司的Ｓ３Ｃ４４ＢＯＸ开发板，具体实践和验证了利用　

Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ引导ｔｔＣｌｉｎｕｘ内核的过程。　

关键词：Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ；Ｓ３Ｃ４４ＢＯＸ；ｔｔＣｌｉｎｕｘ；嵌入式系统　

中图分类号：ＴＮ９１１．７２；ＴＰ３１１．１３　文献标识码：Ａ　

在嵌入式系统开发板上运行ＧＮＵ／Ｌｉｎｕｘ系统已　

经变得越来越流行了，而ｔｔＣｌｉｎｕｘ是专门针对没有内　

序，通过这段程序，我们可以初始化硬件设备，建立　

内存空间的映射图，从而将系统的软硬件环境带到　

个合适的状态，以便为最终调用操作系统内核准　

备正确的环境…。　

一

一

存管理单元（ＭＭｕ）处理器而在微控制领域设计的　

嵌入式Ｌｉｎｕｘ操作系统ｌｌ』。ｔｔＣｌｉｎｕｘ代码完全开放，　

具有支持多任务、内核精简、高效、稳定的优点，因而　

受到嵌入式开发人员的普遍欢迎。而Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ作　

为嵌入式系统加电或复位后运行的第一段软件代　

个基于ＡＲＭＴＴＤＭＩ　ＣＰＵ核的嵌入式系统中，　

系统在上电或复位时总是从地址０×０初开始执行，　

对于Ｓ３Ｃ４４ＢＯＸ也不例外。为了保证系统上电或复　

码，其主要任务是为嵌入式操作系统提供板上硬件　

资源信息，并将内核映像从Ｆｔａｓｈ复制到ＳＤＲＡＭ中，　

位时Ｂｏｏｆｌｏａｄｅｒ程序首先被加载运行，必须将它存放　

在ＦＬＹＳＨ中的０×０处，并在硬件设计中把ＦＬＡＳＨ　

接在ＣＰＵ的ＧＣＳ０处，这样一来，上电后Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ　

首先完成开发板上的主要部件如：ＣＰＵ、ＳＤＲＡＭ、　

ＦＬＡＳＨ和串行口等、以及堆栈、中断向量的初始化，　

然后进行地址重映射并将操作系统内核调入到　

ＳＤＲＡＭ中，最后将Ｐｃ指针指向操作系统内核的人　

口处，为操作系统的运行作好准备。　

然后跳转到内核代码的人口点进一步加载、引导嵌　

入式操作系统。　

本文针对基于三星￥３Ｃ４４８０Ｘ微处理器的嵌入　

式ｔｔＣｌｉｎｕｘ系统开发板（即目标板），具体阐述了其　

Ｂｏｏｌｆｏａｄｅｒ的结构框架、地址映射方法和内核装载流　

程，并实践了在该目标板上利用Ｂｏｏｆｌｏａｄｅｒ引导　

／ＬＣｌｉｎｕｘ内核的过程，为基于ＡＲＭ７系列处理器的嵌　

１＿２目标板简介　

ＣＰＵ：￥３Ｃ４４ＢＯＸ，８ＭＨｚ外部钟振，内部倍频至　

６４ＭＨｚ；ＲＡＭ：６４Ｍｂｉｔ（４＊ＩＭ＊１６ｂｉｔ）ＰＣｔＯＯ／ＰＣＩ３３兼　

入式系统软件开发奠定了基础。　

１　Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ概述及目标板简介　

１．１　Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ概述　

Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ是根据软硬件定制的一段单独程序　

容ＳＤＲＡＭ；ＮＡＮＤ　Ｆｌａｓｈ：ＫｇＦ２８０８　１２８Ｍｂｉｔ（１６ＭＢ）　

ＮＡＮＤ－　曲（非线性ｆｌａｓｈ）；Ｆｌａｓｈ　ＲＯＭ：ＳＳＴ３９ＶＦ１６０　

１６Ｍｂｉｔ（１Ｍ＊１６ｂｉｔ）程序ｆｌａｓ｜，；ＵＡＲＩ’接口：２通道　

ＵＡＲＴ接口，波特率高达ｌ１５２００ｈ０ｓ，具有ＲＳ２３２转换　

电路；ＵＳＢ接口模块：采用全速ＵＳＢ设备接口芯片　

代码，存放于目标平台的非易失的存储介质中，简单　

地说，就是在操作系统内核运行之前运行的一段程　

收稿日期：２００ｆ加４一ｌ７　

作者简介：何剑锋（１９７７一），男，硕士生，从事信号处理与数据采集、嵌入式系统应用开发研究。ｅ－ｍａｉｌ：ｈｊｆ

１０＠ｙｅａｈ．ｎｅｔ。　

通讯作者：李宏穆（１９５６－），男，教授．硕士生导师，从事智能机器人研究：　

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第６期　何剑锋，等：基于三星Ｓ３ＣＡ４ＢＯｘ目标板在ｔｔＣｌｉｎｍ系统上的Ｂｏｏｆｌｏａｄｅｒ　７６９　

ＵＳＢＮ９６０３，符合ＵＳＢ１．１规范，２ＭＢ／ｓ的速率。　

　ｌＮＡＮＤＦＬＡＳＨ｝㈢　＃　ＵＳＢ主，从　

ＮＯＲＦＬＡＳＨ　Ｓ３Ｃ４４Ｂ０Ｘ　㈤ｌ　ＪＴＡＧ接口　

串行口ＵＡＲＴ　ＬｃＤ黑，错屏　

图１开发板功能框　

２　Ｂｏｏｔｌｏｍｔｏｒ引导ｕｃｌｉｎ　内核的过程　

２．１存储空间的分布　

Ｂｏｏｆｌｏａｄｅｒ采用默认的存储空间分布地址来加载　

ｔｔＣｌｉｎｕｘ内核、文件系统。当然也可修改Ｂｏｏｔｌｏａｄｅ相　

关代码来改变存储空间的分配。默认的存储空间分　

配表［２］见表１。　

表１存储空间分配表　

２．２启动程序和地址空间的分配　

Ｓ３Ｃ４４ＢＯｘ上的存储系统地址空间分为８个存　

储体，每个存储体可达到３２ＭＢ，共２５６Ｍ。为了使处　

理器对各个设备的访问互不干扰，我们将不同类的设　

备映射到不同的Ｂａｎｋ内。所有存储体的数据总线位　

数均可设置（８／１６／３２位），这可以通过ＯＭ［１：０］两个　

ＧＣＳ７　

Ｅ０００００ＯＨ　

—　

ＧＣＳ６　未甩　

Ｉ６４Ｍ　ＳＤＲＡＭＩ　堆栈和中断矢量构　

｛＇０００００｛｝Ｈ　Ｃ７ＦＦＯＯ

—

Ｃ７ＦＦＦＩ下Ｈ　

（；ＣＳ５　

Ａ００００００ｔｔ＼　

＼　

下载程序使用　

ＧＣＳ４　

８０￣００ＯＯＨ　

＼　

、－　ＣＯ０００００一Ｃ７ＦＥＢ００Ｈ　

ｆ　：Ｓ３　６００００００Ｈ　Ｉ／Ｏ设备空间　

，　

Ｇｔ　Ｓ２　未用　

４（ＫＩＯＯＯＯＨ　／　

ＧＣＳｌ　｛　Ｂｏｏｔ［ｏａｄｅｒ　

特殊寄存器　

２００００００Ｈ／　

ｌｃｏ００００

Ｈ／　

｝　

一……

ＯＨ—ＸＸＸＸＸＸＸＨ　

代码空闻　

…一一　

ＧＣＳＯＩ　ＲＯＭ　Ｊ　中断异常处理矢量表　

Ｉ）（Ｊ０Ｏ０００Ｈ　

图２程序和数据空间分配　

引脚来配置。板上的ＳＤＲＡＭ存储空间映射在ＧＣＳ６　

（０Ｃ００００００Ｈ）地址处，ＳＤＲＡＭ是易失性的可快速写　

的存储器，因此它通常作为系统的数据空间。　

ＦＬＡＳＨ存储空间映射在了系统的ＧＣＳ０上，系统上　

电时处理器即从０ｘ０Ｈ地址处取得指令开始运行。　

由于ＦＬＡＳＨ是非易失性的存储器，因此程序就算掉　

电也不会丢失，通常作为系统的程序空间。　

Ｓ３Ｃ４４Ｂ０ｘ的Ｂａｎｋ空间的分配如图２所示。　

２．３　Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ程序的结构框架　

由于Ｂｏｏｆｌｏａｄｅｒ的功能直接与操作系统和ＣＰＵ　

的体系结构相关，所以不同的ＣＰＵ体系将需要不同　

的Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ。大多数Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ都分为第一阶段和　

第二阶段两大部分。依赖于ＣＰＵ的体系结构的代　

码用汇编语言来实现，如设备初始化代码，通常放在　

第一阶段中；而第二阶段常用℃语言来实现更复杂　

的功能，代码具有更好的可读性和可移植性。　

Ｂｏｏｄｏａｄｅｒ实际上也依赖于具体的嵌人式板级设备　

的配置。也就是说，对于不同的嵌人式板，即使它们　

使用同一种ＣＰＵ构建，要想让运行在其中一块上的　

Ｂｏｏｆｌｏａｄｅｒ程序也能运行在另一板子上，通常也都需　

要修改Ｂｏｏｆｌｏａｄｅｒ的源程序…１。具体的Ｂｏｏｆｌｏａｄｅｒ实　

现步骤如下：　

２．３．１　第一阶段的硬件设备初始化　

这是板子上电或复位时Ｂｏｏｒｌｏａｄｅｒ首先要执行　

的操作，程序从位于地址０×０的异常向量表处开始　

执行【引。该阶段完成的主要内容有：关Ｗａｔｃｈｄｏｇ　

Ｔｉｍｅｒ；屏蔽所有的中断；设置锁相环ＰＩＪＬ和时钟频　

率；ＲＡＭ初始化等。其目的是为第二阶段以及随后　

的内核加载准备好基本的硬件环境。其程序如下：　

ＲｅｓｅｔＨａｎｄｌｅｒ　

ｌｄｒ　ｒ０，＝ＷＴＣＯＮ；关ｗａｔｃｈｄｏｇ　Ｔｉｍｅｒ　

ｌｄｒ　ｒｌ，＝ＯｘＯ　

ｓ【ｒ　ｒｌ，［１ｏ］　

ｌｄｒ　ｒ０，＝ＩＮＴＭＳＫ　

ｌｄｒ　ｒｌ，＝ＯｘＯ７ｆｆｍ￣；关闭所有的中断　

ｓｔｒ　ｒｌ，［ｒ０］　

ｌｄｒ　ｒ０，＝ＬＤＣＫＴＩＭＥ；设置ＩＤＣＫ计数寄　

存器　

ｌｄｒ　ｒｌ，＝０ｘｆｆｆ　

ｓｔｒ　ｒｌ，［ｒ０］　

ｌｄｒ　ｒ０，＝ＰＬＬＣＯＮ　；设置锁相环ＰＬＬ　

ｌｄｒ　ｒｌ，：（（Ｍ　ＤＩＶ＜＜１２）＋（Ｐ　ＤＩＶ＜＜４）　

＋Ｓ

—

ＤⅣ）　；Ｆｉｎ＝１０ＭＨｚ，Ｆｏｕｔ＝４０ＭＨｚ　

ｓｔｒ　ｒｌ，［１ｏ］　

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石河子大学学报（自然科学版）　第２４卷　

ｌ０．＝ＣＬＫＣＯＮ；设置时钟控制寄存器　

ｌｄｒ　ｒ１．＝０ｘ７珏８　

ｓｔｒ　ｒｌ，【ｌ０Ｊ　

ｌｄｒ　ｌ０．＝ＢＤＩＤＥＳ０；设置ＤＭＡ初始化寄　

存器　

ｒ１．：０ｘ４０００００００；ＢＤＩＤＥＳｎ的复位值　

为０ｘ４０００００００　

ｓｔｒ　ｒｌ，ｌｌ０］　

ｌｄｒ　ｌ０．＝ＳＭＲＤＡＴＡ；设置存储器控制寄　

存器　

ｌｄｍｉａ　ｌ０，｛ｒｌ—ｒ１３｝　

ｌｄｒ　ｌ０．＝ＯｘＯ１ｃ８ＯＯＯＯ；总线宽度和等待控　

制寄存器（ＢＷＳＣＯＮ）首地址　

ｓｍａｉａ　ｌ０．｛ｒｌ—ｒ１３｝　

ｌｄｒ　ｓｐ，＝ＳＶＣＳｔａｃｋ；堆栈初始化　

ｂｌ　ｌｎｉｔＳｔａｃｋｓ　

２．３．２异常中断向量表的建立　

对于ｕＣｌｉｎｕｘ内核来说，异常中断向量表通常分　

两级，也是ＢｏｏｔＩ．Ｄａｄｅｒ与　Ｃｌｉｎｕｘ内核发生紧密联系　

的地方之一。即使　Ｃｌｉｎｕｘ内核已经得到处理器的　

控制权运行，由于Ｓ３ＣＡ４ＢＯＸ芯片是不支持地址空　

间的重映射（ｒｅｍａｐ），一旦发生中断，处理器还是会　

自动跳转到从０ｘＯ地址开始的第一级异常中断向量　

表中的某个表项（依据中断类型）处读取指令运　

行ｌ２。Ｂｏｏｔ２ｊｌｏａｄｅｒ的第一级异常中断向量表如下所　

示：　

ｂ　ＲｅｓｅｔＨａｎｄｌｅｒ　；系统上电后进入复　

位操作　

ｌｄｒ　ｐｃ，＝（一ｍＱ—ＢＡＳＥＡＤＤＲＥＳＳ＋０ｘ０４）；处理　

未定义中断模式　

ｌｄｒ　ｐｃ，＝（一ｍＱ—ＢＡＳＥＡＤＤＲＥＳＳ＋０ｘ０８）；处理　

软件中断　

ｌｄｒ　ｐｃ，＝（一ｍＱ—ＢＡＳＥＡＤＤＲＥＳＳ＋０ｘＯＣ）；处理　

预取中止异常　

ｌｄｒ　ｐｃ，＝（一ｍＱ—ＢＡＳＥＡＤＤＲＥＳＳ＋０ｘｌ０）；处理　

数据中止异常　

ｌｄｒ　ｐｃ，＝（一ｍＱ—ＢＡＳＥＡＤＤ￣＋０ｘ１４）；保留　

位　

ｌｄｒ　ｐｃ，＝（一ｍＱ—ＢＡＳＥＡＤＤＲＥＳＳ＋０ｘ１８）；处理　

ｍＱ中断　

ｌｄｒ　ｐｃ，＝（一ｍＱ—ＢＡＳＥＡＤＤＲＥＳＳ＋ＯｘｌＣ）；处理　

ＦＩＱ中断　

如果在Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ执行的全过程中都不必响应　

中断，那么以上的设置已能满足要求，在编写　

Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ时，地址０ｘＯ处的一级异常中断向量表只　

需要简单地包含向二级异常中断向量表的跳转指令　

就可以。但需要用到中断，Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ必须在同样的　

地址（０　ｃ００００００）处配置自己的二级异常中断向量　

表，以便和￣Ｃｌｉｎｕｘ兼容。这样，就能够正确地将发　

生的事件交给ｔｔＣｌｉｎｕｘ的中断处理程序来处理，这张　

表事先存放在ＦＬＡＳＨ中，引导过程由Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ将　

其复制到ＲＡＭ地址ＯｘＯ￣ＯＯＯＯＯＯ（存放向量表处）：　

ＥｘｃｅｐｔｉｏｎＨａｎｌｄｅｒＢｅｇｉｎ　

ｂ　．　

１ｄｒ　ｐｃ，ＭｙＨａｎｄｌｅＵｎｄｅｆ；ＨａｎｄｌｅｒＵｎｄｅｆ　

ｌｄｒ　ｐｃ，ＭｙＨａｎｄｌｅＳＷＩ　；ＨａｎｄｌｅｒＳＷＩ　

ｌｄｒ　ｐｃ，ＭｙＨａｎｄｌｅＰａｂｏｒｔ；ＨａｎｄｌｅｒＰａｂｏｒｔ　

ｌｄｒ　ｐｃ，ＭｙＨａｎｄｌｅＤａｂｏｒｔ；ＨａｎｄｌｅｒＤＡｂｏｒｔ　

ｂ　．　；ＨａｎｄｌｅｒＲｅｓｅｒｖｅｄ　

ｌｄｒ　ｐｃ，ＭｙＨａｎｄｌｅｌＲＱ　；ＨａｎｄｌｅｒＩＲＱ　

ｌｄｒ　ｐｃ，ＭｙＨａｎｄｌｅＦＩＱ　；ＨａｎｄｌｅｒＦＩＱ　

ＭｙＨａｎｄｌｅＵｎｄｅｆ　ＤＣＤ　ＨａｎｄｌｅＵｎｄｅｆ　；保留字　

（３２位）　

ＭｙＨａｎｄｌｅＳＷＩ　ＤＣＤ　Ｈａｎｄｌ　；Ｗ１　

ＭｙＨａｎｄｌｅＰａｂｏｒｔ　ＤＣＤ　ＨａｎｄｌｅＰａｂｏｒｔ　

ＭｙＨａｎｄｌｅＤａｂｏｒｔ　ＤＣＤ　ＨａｎｄｌｅＤａｂｏｒｔ　

ＭｙＨａｎｄｌｅｌＲＱ　ＤＣＤ　ＨａｎｄｌｅＩＲＱ　

ＭｙＨａｎｄｌｅＦＩＱ　ＤＣＤ　ＨａｎｄｌｅＦＩＱ　

ＥｘｃｅｐｔｉｏｎＨａｎｌｄｅｒＥｎｄ　

设置ｍＱ中断处理，Ｓ３ＣＡ４ＢＯＸ有两种中断模　

式：一种是没有中断向量表；一种是使用了中断向量　

表，使用中断向量表只能是ｍＱ方式：　

ｌｄｒ　ｌ０，＝（．ｍＱ．ＢＡＳＥＡＤＤＲＥＳＳ＋０ｘｌ００）；　

建立二级异常中断向量表　

ｌｄｒ　ｒ２．＝一ｍＱ—ＢＡＳＥＡＤＤＲＥＳＳ　

ａｄｄ　ｒ３，ｌ０，＃０ｘ１００　

０　

ＣＭＰ　ｌ０，ｒ３　；在一ｍＱ—ＢＡＳＥＡＤＤＲＥＳＳ　

（ＯｘｅＯ０００００）处放置中断向量表　

ＳＴＲＣＣ　ｒ２，［１０］，＃４；清除位标志位；保存ｒ２　

到ｌ０所指向的地址处，同时ｌ０＋４＝ｌ０　

ＢＣＣ％ＢＯ　

ｌｄｒ　ｒ１．＝一ｍＱ—ＢＡＳＥＡＤＤＲＥＳＳ　

ｌ０，＝ＥｘｃｅｐｔｉｏｎＨａｎｌｄｅｒＢｅｇｉｎ；如果在０ｘ１８　

和ｏ）【１ｃ地址处无”ｓｕｂｓ　ｐｃ，ｌｒ，＃４　

ｌｄｒ　ｒ３，＝ＥｘｃｅｐｔｉｏｎＨａｎｌｄｅｒＥｎｄ　

０　

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第６期　何剑锋，等：基于三星Ｓ３Ｃ４４ＢＯｘ目标板在ｔｕＣｌｉｎｕｘ系统上的Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ　７７１　

ＣＭＰ　ｒ０，ｒ３　；在一ｍＱ—ＢＡＳＥＡＤＤＲＥＳＳ　

ｌｄｒ　ｓｐ．＝ＩＲＱＳ￣ｋ　

（０ｘｅ００００００）处放置中断向量表　

ＬＤＲＣＣ　ｒ２，【ｒ０Ｊ，＃４　

限℃Ｃ　ｒ２，【ｒ１ｊ，＃４　

ＢＣＣ　％Ｂ０　

ｌｄｒ　ｒｌ，＝ＤｌｓｒＩＲＱ　；在一ＩＲＱ—ＢＡＳＥＡＤＤＲＦ＿￥Ｓ＋　

Ｏｘ８０（ＯｘｅＯ０００８０）处放置ＩＲＱ的判断程序　

ｌｄｒ　ｒ０，＝ＩｓｒＩＲＱ；如果在Ｏｘ１８和０ｘｌｃ地址处　

无“ｓｕｂｓ　ｐｃ，ｌｒ，＃４”　

ｌｄｒ　ｒ３，＝ＩｓｒｌＲＱＥｎｄ　

０　

ＣＭＰ　ｒ０，ｒ３　；在一ＩＲＱ　ＢＡＳＥＡＤＤＲＫＳＳ　

（０ｘｅ００００００）处放置中断向量表　

ＬＤＲＣＣ　ｒ２，【ｒ０Ｊ，＃４　

Ｃ　ｒ２，【ｒ１　Ｊ，＃４　

ＢＣＣ％踟　

ｌｄｒ　ｒｌ，＝ＭｙＨａｎｄｌｅＩＲＱ；处理ｍＱ中断，实现　

中断跳转　

ｌｄｒ　ｒ０．＝ＥｘｃｅｐｔｉｏｎＨａｎｌｄｅｒＢｅｇｉｎ　

ｌｄｒ　ｒ４，＝

ＩＲＱ—ＢＡＳＥＡＤＤＲＥＳ　

ｓｕｂ　ｒ０，ｒｌ，Ｉｏ　

ａｄｄ　ｒ０，ｒ０，ｒ４　

ｌｄｒ　ｒ１．＝ＤｌｓｒｌＲＱ　

ｓｔｒ　ｒｌ，［１０］　

２．３．３各处理器模式的初始化　

ＡＲＭ７ＤＭ１支持７种操作模式，分别为：用户模　

式（ｕｓｒ）、系统模式（ｓｙｓ）、快速中断模式（ｆｉｑ）、普通中　

断模式（ｉｒｑ）、管理模式（ＳＶＣ）、数据访问中止模式　

（ａｂｔ）、未定义指令中止（ｕｎｄ）。Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ需要依次　

切换到每种模式，初始化其程序状态寄存器（ＣＰｓＲ）　

和堆栈指针（ＳＰ）。改变状态寄存器（ＣＰＳＲ）中的状　

态位，使处理器切换到相应的模式，然后再给ｓＰ赋　

值。　

ＩｎｉｔＳｔａｃｋｓ　；初始化各种处理器模式　

ｎｌｒｓ　ｒ０．ｃｐｓｒ　

ｂｉｃ　ｒ０，ｒ０，＃ＭＯＤＥＭＡＳＫ　

ＯＩＴ　ｒｌ，ｒ０，＃ＵＮＤＥＦＭＯＤＥＩＮＯＩＮＴ　

ｌｎｓｒ　ｃｐｓｒ－ｃｘｓｆ，ｒｌ　；未定义模式　

ｌｄｒ　ｓｐ．＝ＵｎｄｅｆＳｔａｅｋ　

０１１＂＂ｒｌ，ｒＯ，＃ＡＢＯＲＴＭＯＤＥＩＮＯＩＮＴ　

ｌｎｓｒ　ｃ￣ｒ－ｃｍｆ，ｒｌ　；中止模式　

ｌｄｒ　ｓｐ．＝ＡｂｏｒｔＳｔａｃｋ　

ｏｒｒ　ｒｌ，ｒ０，＃ＩＲＱＭＯＤＥＩＮＯＩＮＴ　

ＩＴｌＳｒ　ｃ￣ｒ－ｃｘｓｆ，ｒｌ　；ＩＲＱ模式　

Ｏ１Ｔ　ｒｌ，ｒ０，＃ＦＩＱＭＯＤＥＩ　ＮＯｌＮＴ　

ｎｌｓｒ　ｃ￣ｒ－ｃｍｆ，ｒｌ　；ＦＩＱ模式　

ｌｄｒ　ｓｐ，＝ＦＩＱＳｔ￣ｋ　

ｂｉｃ　ｒ０，ｒ０，＃ＭＯＤＥＭＡＳＫＩ　ＮＯＩＮＴ　

Ｏ１Ｔ　ｒｌ，ｒ０，＃ＳＶＣＭＯＤＥ　

ｎｌｓｒ　ｃｐｓｒ＿ｃｘｓｆ，ｒｌ　；管理模式　

ｌｄｒ　ｓｐ，＝ＳＶＣＳｔａｃｋ　

ｍｏｖ　ｐｃ，ｌｒ；把ＬＲ保存到Ｐｃ中，因处理器模式　

切换，故将程序返回地址保存到ｐｃ，同时在初始化　

堆栈完成后使用ｐｃ返回。　

２．３．４复制ＲＯ、Ｆ１Ｗ及清零Ｚｌ　

通常ＡＲＭ的可执行文件包括Ｒ０（Ｒｅａｄ－Ｏｎｌｙ），　

ＲＷ（Ｒｅａｄ—Ｗｒｉｔｅ）和ＺＩ（Ｚｅｒｏ．Ｉｎｉｔｉａｌｉｚｅ）３个段构成（对　

于ＧＮＵ工具来说，对应的是ＴＥＸＴ，ＤＡＴＡ和ＢＳＳ）。　

其中ＲＯ段是只读的代码段，可直接在Ｆｌａｓｈ或　

ＳＲＡＭ中运行；而ＲＷ段是可读写的，存放已初始化　

的全局变量，只能加载到ＳＤＲＡＭ中运行；ＺＩ段是清　

零初始化段，是存放未初始化的全局变量。经过　

ＡＤＳ编译器编译后生成的六个变量，分别标明了其　

起始地址和结束地址：即ＲＯ段的大小为ｌ　ｌｉｎａｇｅ　

ｊ５　ｊ５　ＲＯ　ｊ５　ｊ５　ＬｉｍｉｔＩ　戎去Ｉ　Ｉｍａｇｅ　ｊ５　ｊ５　ＲＯ　ｊ５　ｊ５　ＢａｓｅＩ；ＲＷ　

段的大小为Ｉ　Ｉｍａｇｅ　ｊ５　ｊ５　ＲＷ　ｊ５　ｊ５　Ｌｉｍｉｔ　Ｉ减去Ｉ　Ｉｍａｇｅ　

￥ｊ；ＲＷ￥￥Ｂａｓｅ　ｌ；ＺＩ段的大，Ｊ、为ｌ　ｈｎａｇｅ　Ｓ￥ＺＩ　

ｊ５　ｊ５　ＬｉｍｉｔＩ减去Ｉ　ｈｎａｇｅ　ｊ５　ｊ５　ＺＩ　ｊ５　ｊ５　ＢａｓｅＩ。　

程序运行之前，ＲＯ段放在ＦＬＡＳＨ的０ｘ０地址　

处，ＲＷ段紧接在ＲＯ段的后面。当程序运行的时，　

ＲＯ段没有变化，可直接在ＦＬＡＳＨ中运行，但是使用　

ＲＷ段运行之前必须把ＲＷ段复制到ＳＤＲＡＭ中，并　

放在Ｉｍａｇｅ￥￥ＲＷ￥￥Ｂａｓｅ变量指向处，然后从　

Ｉｍａｇｅｊ５　ｊ５　ＺＩｊ５　ｊ５　Ｂａｓｅ开始处将ｚＩ段进行清零初始　

化［引。程序运行之前和运行时存储器空间的使用情　

况如图３所示。　

一一　

ＩＩｌｌｄｇｅ￥善ＺＩＳＳＢａｓｅ—＋　

ＳＤ　ｉ　

Ｉｍａｇｅ￥￥１｛Ｗ￥￥Ｌｉｍｉｔ—＋　

Ｒｗ段　ｌ　

Ｉｍａｇｅ￥￥Ｉ　Ｗ￥￥Ｂａｓｅ一　

＇　ｒ　

．　

ｈｕ　；ｃＳ｝ＩｔＩ．１￥｛Ｉ．ｉｍｉｔ—－＋　

Ｉ二　：　Ｒ　段　Ｉ　

中

Ｉ　ｌＩｌａｇ　ｌｓＲＯ￥ｇＢａ　ｅ—　．●　

量的Ｒ

ＯＩ

［

ｏｘ．００：　

含有中断向　ＦＬ　Ｓ】

量的ＯＲ段　

运行时地址映射关系　加戴时地址映射关系　

图３映像文件的地址映射关系　

这样第一阶段的硬件设备初始化就完成了，开　

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７７２　石河子大学学报（自然科学版）　第２４卷　

始第二阶段要使用的硬件设备初始化和系统引导。　ｌＦａｓｈ上，系统启动时读取压缩的映像文件到内存中　

一

般通过一条ＢＬ　Ｍａｉｎ语句跳转到第二阶段的入口　进行解压，然后开始启动内核．这种方式速度较快；　

处。　

而Ｆｌｓａｈ中直接运行是将映像文件烧录到Ｆｌｓａｈ上．　

２．３．５第二阶段要使用的硬件设备初始化　系统启动时从Ｆｌａｓｈ的特定地址处开始逐句执行启　

第二阶段的初始化和系统引导（一般用Ｃ语言　动内核，这也是嵌入式系统开发常采用的加载方法。　

编写），主要继续对硬件资源设备初始化，包括通用　

Ｉ／Ｏ，系统内存映射，缓存设置，中断控制寄存器，定　

３小结　

时器Ｗａｔｃｈｄｏｇ　Ｔｉｍｅｒ，串１２１（ＵＡＲＴｓ）等。由于　设计与实现一个好的Ｂｏｏｔｌ４￣ｅｒ，可以增强系统　

Ｓ３Ｃ４４ＢＯＸ处理器内置数据／指令合一的８ＫＢ　

的稳定性，提高系统的实时性，因此掌握Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ　

ｃａｃ　，并且可按地址范围设置两个Ｎｏｎ．Ｃａｃｈｅａｂｌｅ　

是嵌入式开发的一个必要环节。本文结合目标板上　

区间，配置时应打开对ＲＡＭ区间的Ｃａｃｈｅ，关闭对其　的Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ分析了其工作及运行机理，并在此基础　

它地址区间（非存储器设备，Ｉ／Ｏ设备）的Ｃａｃｈｅ。当　

上能够轻松的引导加载ｔｔＣｌｉｎｕｘ内核，以便后续进行　

所有硬件初始化完毕后，开中断。　

嵌入式应用程序的开发铺平了道路，同时希望本文　

２．３．６建立操作界面　

可为嵌入式同行提供一些有用的参考。　

引导过程的最后一步是在串行终端上建立人机　

界面，若接收到用户输入的命令，则显示菜单模式或　

参考文献：　

命令行模式的交互界面。可以根据用户需要进行选　

［１］陈渝，李明，杨哗，等．源码开放的嵌入式系统软　

件分析与实践［Ｍ］．北京：北京航空航天大学出版社。　

择建立相应的界面。例如设置波特率、ＩＰ地址、时　

２Ｏ０４．　

钟，通过串口或网口下载，读写ＦＬＡＳＨ，运行可执行　

［２］杭州立宇泰电子公司．基于ＡＲＭＳＹＳ（Ｓ３Ｃ４４ＢＯＸ开发板）　

映象等命令，Ｗｉｎｄｏｗｓ的超级终端或ｌｉｎｕｘ的ｍｉｎｉｃｏｍ　

的ｕＣｈｎｕｘ内核移植［ＥＢ／ＯＬ］．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｈｚｌｉｔａｉ．ｅＯｌｆ１．　

里显示的命令行界面。　

ｃｎ／．２ＯＯ４－Ｉ１．　

２．４加载￣Ｃｌｉｎｕｘ内核　

［３］詹荣开．嵌入式系统Ｂｏｏｔ　ｌｏａｄｅｒ技术的内幕［Ｅａ／ＯＬ］．ｈａｔ・：／／　

在宿主机上编译ｔｔＣｌｉｎｕｘ内核之前，首先要用　

ＷＷＷ．１２８．ｉｂｒｎ．ｃｅｍ／ｄｅｖｅｌｏ￣ｃｎ／ｌｉｒａｒ￣１－ｂｔｌｏａｄｅｒ／．２００８－１２－　

ｍａｋｅ　ｍｅｎｕｃｏｎｆｉｇ进行内核配置，编译后生成的内核　

Ｏ１．　

映像文件（如：ｉｍａｇｅ．ｒｏｍ、ｉｍａｇｅ．１ａｉｎ），根据需要　

［４］严国清，熊建设，徐红梅．Ｓ３Ｃ４４ＢＯＸ中Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ的实现　

Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ可加载到内存ＳＤＲＡＭ中运行或者直接在　

［Ｊ］．信息技术与信息化．２Ｏ０４，８［６］：４０－４３．　

［５］李岩，荣盘祥．基于￣Ｃ４４ＢＯＸ嵌入式ｔｔＣｌｉｎｕｘ系统原　

Ｆｌａｓｈ中运行，ｔｔＣｌｉｎｕｘ内核可支持上述的两种运行方　

理及应用［Ｍ］．北京：清华大学出版社２００５．　

式。加载到内存中运行是将压缩的映像文件存放在　

Ｔｈｅ　Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ　ｆｏｒ　ｌｚＣｌｉｎｕｘ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＳＡＭＳＵＮＧ　Ｓ３Ｃ４４Ｂ０ｘ　Ｂｏａｒｄ　

ｌ　ｉＥ　Ｊｉａｎ－ｆｅｎｇ，ＬＩ　Ｈｏｎｇ－ｍｕ，ＺＨＵＡＮＧ　Ａ－ｌｏｎｇ　

（Ｃｈｅｎｇｄｕ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ，Ｓｉｃｈｔｍｎ　６１００５９，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ａｎｄ　ｅｓｓｅｎｔｉａｌｓ　ｏｆ　Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ　ｉｎ　ｔｔＣｌｉｎｕｘ　２

．

４．２４　ｅｍｂｅｄｄｅｄ　

ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆＡＲＭ，ｉｔ　ａｎａｌｙｚｅｓ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ　ｏｆｉｍａｇｅ　ｆｉｌｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆａｄｄｒｅｓｓ　ｍａｐ　

ｏｎ　ｔｈｅ　Ｓ３ＣＡ４ＢＯＸ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｂｏａｒｄ　ｏｆ　ＬＩＹＵＴＡＩ，ｐｒａｃｔｉｃｅｄ　ａｎｄ　ｖａｌｉｄａｔｄｅ　ｔｈｅ　ｂｏｏｔｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｔｔＣｌｉｎｕｘ　ｋｅｒｎｅｌ　ｂｙ　

ＢｏｏｔＬｏａｄｅｒ．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ；Ｓ３Ｃ４４ＢＯＸ；ｔｔＣｌｉｎｕｘ；ｅｍｂｅｄｄｅｄ　ｓｙｓｔｅｍ