基于S3C44B0芯片的uClinux內核引導過程分析

前　言

隨著計算機硬件技術的不斷發(fā)展，功能強大、資源豐富的嵌入式芯片，成為研究人員開發(fā)專業(yè)應用領域產品的首選。三星公司生產的S3C44B0芯片，采用ARM7TDM I內核，具有功耗小、成本低的特點，是一款專門針對移動終端及PDA手持設備市場的產品。近幾年，源碼開放的L inux系統(tǒng)迅速發(fā)展，很快成為跨平臺操作系統(tǒng)中的佼佼者，并且出現(xiàn)了專門針對嵌入式系統(tǒng)的產品———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（相對單片機而言）的特點，開發(fā)出功能強大的應用產品。

嵌入式系統(tǒng)的啟動引導程序與硬件嚴格相關，對編寫人員的要求較高，而在移植uClinux后又大大增加了引導程序的復雜程度，因此這部分代碼往往是各個嵌入式產品開發(fā)廠商嚴格保密的部分。下面將以一款市場上成熟的基于S3C44B0芯片的嵌入式開發(fā)板為藍本，對引導uClinux內核的過程進行分析。

系統(tǒng)引導過程分析

嵌入式系統(tǒng)中uClinux內核的系統(tǒng)引導過程通?？梢苑譃?個階段，即boot階段、系統(tǒng)初始化階段和uClinux內核引導階段。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，而內核引導則是由事先編譯好了的uClinux可執(zhí)行鏡像來實現(xiàn)。

系統(tǒng)內存組織

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的嵌入式芯片，其外圍設備也大不相同，特別是存儲設備的組織，將直接關系到引導程序的實現(xiàn)。對于 S3C44B0芯片，其生產廠家規(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該地址） ，故此處通常安排的是Flash 地址空間，用于保存bootloader啟動代碼以及uClinux映象。對于S3C44B0 芯片， RAM 地址被固定在0x0c000000到0x0fffffff的64兆，開發(fā)人員可以根據自己的需要再組織RAM，如本開發(fā)板存儲器地址安排如下：

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

boot階段

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

（1） 設置中斷向量。設置S3C44B0芯片的8種系統(tǒng)中斷的中斷向量地址（包括復位中斷、未定義指令中斷、軟件中斷、指令預取異常中斷、數據異常中斷、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，存放的就是針對各中斷向量地址的無條件跳轉指令。

__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*/

LDR PC， = 0x0c000024

/* 0x0c000024: F IQ中斷向量地址*/

（2） CPU內部寄存器初始化。通過配置CPU運行于SVC模式（采用改變CPSC寄存器中CPU運行模式位的方式來實現(xiàn)） ，并設置相關寄存器，以實現(xiàn)對基本硬件的初始化工作，包括關閉中斷、初始化CPU通用端口和設置CPU頻率等。進入SVC模式匯編代碼如下：

MRS a1， CPSR /* 保存當前狀態(tài)寄存器值*/

BICa1， a1， #MODE_MASK /* 清除運行模式位*/

ORR a1， a1， #SUP_MODE/* 設置為超級用戶模式*/

ORR a1， a1， #LOCKOUT /* 關閉F IQ和IRQ */

MSR CPSR_cxsf， a1 /* 保存到當前狀態(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空間的操作做好準備工作，如進行代碼拷貝及堆棧初始化等。這部分工作可以分為兩個步驟。首先，根據系統(tǒng)配置的存儲器特性，初始化相關存儲塊控制寄存器的值， 在S3C44B0 中存儲空間被分為BANK0到BANK7共8個塊，分別由BANKCON0到BANKCON7控制各塊存儲器的讀寫時鐘數和片選時鐘數等信號參數，對于采取不同存儲芯片的嵌入式系統(tǒng)，可以通過查閱芯片手冊來獲取該信息，并寫入相關寄存器。

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 ]