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Motorola微處理器的bootloader分析與應(yīng)用

時間:2023-03-19 15:24:19 理工畢業(yè)論文 我要投稿
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Motorola微處理器的bootloader分析與應(yīng)用

摘要:以Motorola 32位處理器ColdFire5307為例,分析、介紹Motorola公司用于嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的dBUG通用bootloader軟件的結(jié)構(gòu)、運(yùn)行原理及應(yīng)用。

引 言

??bootloader是用來完成系統(tǒng)啟動和系統(tǒng)軟件加載工作的程序。它是底層硬件和上層應(yīng)用軟件之間的一個中間件軟件,完成處理器和周邊電路正常運(yùn)行所要的初始化工作;可以屏蔽底層硬件的差異,使上層應(yīng)用軟件的編寫和移植更加方便;不僅具有類似PC機(jī)上常用的BIOS(Basic Input Output System,基本輸入、輸出系統(tǒng)監(jiān)控程序)功能,而且還可具有一定的調(diào)試功能。目前,在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中有多種bootloader可供選擇,其中Motorola公司的名為dBUG的bootloader比較優(yōu)秀。它可以移植在Motorola MC68000、ColdFire和PowerPC系列所有微處理器上面,有強(qiáng)大的調(diào)試功能,支持單步、下載、網(wǎng)絡(luò)更新等;其良好的軟件架構(gòu)使用戶能很方便地修改其代碼,擴(kuò)展新的功能。本文以作者用于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)存儲的coldfire5307C3開發(fā)板為例,簡析其上的dBUG bootloader的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行機(jī)制,并給出實(shí)際修改范例。

1 bootloader源碼結(jié)構(gòu)

(1)bootloader的文件組織

  dBUG bootloader源代碼可以從Motorola公司網(wǎng)站獲得。它是一個范例程序,通過修改相應(yīng)的配置文件和處理器相關(guān)文件,可以很方便地移植到不同的處理器系統(tǒng)上。其源碼由兩個部分組成,一部分是lib項目,另外一部分是每種Motorola微處理器單獨(dú)的處理器項目。比如,ColdFire 5307就使用MCF5307C3項目和lib項目一起來生成最終的dBUG代碼。其中l(wèi)ib項目中是與處理器無關(guān)的一些命令或者函數(shù),而每個單獨(dú)的處理器項目是和每種不同的處理器息息相關(guān)的。在編譯的時候,首先需要將lib項目編譯生成標(biāo)準(zhǔn)庫函數(shù)(也就是將一些通用命令和函數(shù)先封裝起來)。然后,編譯MCF5307C3項目,就會將剛才編譯的lib項目和MCF5307C3項目結(jié)合在一起生成最終代碼。

  整個dBUG bootloader代碼的架構(gòu)比較復(fù)雜,其源碼按功能可分為3個模塊[1]:User Interface Component、CPU-specific Component、Board-specific Component。用戶進(jìn)入dBUG的目錄以后,會看到三個子目錄,如圖1所示[1,2]。

① 第一個目錄是bin目錄,在該目錄下面主要是一個簡單的TFTP Server軟件。TFTP是簡單的FTP(文件傳輸協(xié)議)。它是基于UDP協(xié)議的,主要用來下載程序目標(biāo)代碼。

② 第二個目錄是prog目錄,下面主要是lib項目和MCF5307C3項目的項目組織文件和一部分源代碼。在prog目錄下面的libdbug目錄下,有l(wèi)ib項目的項目管理文件libdbug.mcp,使用CodeWarrior可以打開該項目文件和編譯等。prog目錄下面的M5307C3目錄下是ColdFire 5307系統(tǒng)的項目文件,而該目錄下的obj目錄下是生成的dBUG目標(biāo)代碼。src目錄下是5307項目的項目管理文件。用戶可以使用CodeWarrior,打開M5307C3目錄下的/src/dbug/mwerks/m5307c3.mcp項目管理文件來編譯代碼。

③ 第三個目錄是src目錄,是dBUG的主要源代碼。

  綜上所述,用戶只要打開m5307c3.mcp和libdbug.mcp兩個項目文件,即可以看到dBUG所有的源代碼。

(2)與處理器和外圍硬件配置相關(guān)的文件

① 入口文件:vector.s。

存有處理器復(fù)位初始入口地址、跳轉(zhuǎn)指令及中斷矢量表。

② 初始化匯編語言文件:mcfxxxx_lo.s。

功能為預(yù)初始化處理器、調(diào)用初始化函數(shù)及跳轉(zhuǎn)到main主函數(shù)。其中xxxx表示某特定的處理器型號,如5307。

③ 初始化C語言文件:Sysinit.c。

內(nèi)含多個初始化函數(shù),功能為初始化處理器及各底層硬件。

④ 系統(tǒng)配置文件:Config.h和Board.h 。

Config.h

設(shè)定板上處理器類型和其它模塊功能。

Board.h

設(shè)定板上各參數(shù)信息,如片外Flash和SDRAM大小、類型、數(shù)據(jù)寬度和地址范圍、劃分板上內(nèi)存空間范圍、系統(tǒng)時鐘大小、系統(tǒng)總線速率以及一些其它要用到的系統(tǒng)常量。

⑤ 連接配置文件:Flash.lcf。

設(shè)定連接時各函數(shù)空間地址及內(nèi)存分配。

⑥ 預(yù)包含頭文件:mxxxx_mwerks.h和mwerks.h。

兩函數(shù)被所有的C語言和匯編語言函數(shù)包含,它們設(shè)定CodeWarrior 預(yù)處理器所用到的常量和編譯器編譯選項。

2 bootloader運(yùn)行流程簡介

  bootloader啟動流程如圖2所示。

  系統(tǒng)上電復(fù)位后,跳到Boot ROM的最低地址處。Boot ROM的開始空間FFE00000~FFE00400為vector.s中的中斷矢量表。將表中第一個32位字傳給5307的SP,將第二個32位字傳給PC,即完成復(fù)位中斷跳轉(zhuǎn)。

  該復(fù)位中斷跳轉(zhuǎn)到vector.s中的start處。此處僅初始化sr,然后跳轉(zhuǎn)到mcf5307_lo.s中的asm_startmeup。該段代碼首先進(jìn)行部分初始化和真正初始化前的準(zhǔn)備工作:禁止Cache、禁止中斷和地址轉(zhuǎn)換、初始化用戶指定的內(nèi)部模塊(MBAR)和內(nèi)部SRAM(RAMBAR)起始地址。然后,將SP指向內(nèi)部SRAM空間,即當(dāng)調(diào)用真正的初始化程序時用內(nèi)部SRAM的一段地址空間作為臨時堆棧。接下來,調(diào)用sysinit.c文件中的外圍電路和系統(tǒng)配置的初始化程序mcf5307_init()。

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