Motorola微處理器的bootloader分析與應用

1、.：.；Motorola微處置器的bootloader分析與運用摘要：以Motorola 32位處置器ColdFire5307為例，分析、引見Motorola公司用于嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的dBUG通用bootloader軟件的構(gòu)造、運轉(zhuǎn)原理及運用。關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng) ColdFire bootloader dBUG引 言bootloader是用來完成系統(tǒng)啟動和系統(tǒng)軟件加載任務的程序。它是底層硬件和上層運用軟件之間的一個中間件軟件，完成處置器和周邊電路正常運轉(zhuǎn)所要的初始化任務；可以屏蔽底層硬件的差別，使上層運用軟件的編寫和移植更加方便；不僅具有類似PC機上常用的BIOS(Basic Input Out

2、put System，根本輸入、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系列一切微處置器上面，有強大的調(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)運用戶能很方便地修正其代碼，擴展新的功能。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的構(gòu)造和運轉(zhuǎn)機制，并給出實踐修正范例。1 bootloader源碼構(gòu)造(1

3、)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，經(jīng)過修正相應的配置文件和處置器相關(guān)文件，可以很方便地移植到不同的處置器系統(tǒng)上。其源碼由兩個部分組成，一部分是lib工程，另外一部分是每種Motorola微處置器單獨的處置器工程。比如，ColdFire 5307就運用MCF5307C3工程和lib工程一同來生成最終的dBUG代碼。其中l(wèi)ib工程中是與處置器無關(guān)的一些命令或者函數(shù)，而每個單獨的處置器工程是和每種不同的處置器息息相關(guān)的。在編譯的時候，首先需求將lib工程編譯生成規(guī)范庫函數(shù)(也就是將一些通用命令和函數(shù)先封裝起來)。

4、然后，編譯MCF5307C3工程，就會將剛剛編譯的lib工程和MCF5307C3工程結(jié)合在一同生成最終代碼。整個dBUG bootloader代碼的架構(gòu)比較復雜，其源碼按功能可分為3個模塊1：User Interface Component、CPU-specific Component、Board-specific Component。用戶進入dBUG的目錄以后，會看到三個子目錄，如圖1所示1，2。 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的代碼。 第二個目錄是prog目錄，

5、下面主要是lib工程和MCF5307C3工程的工程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工程的工程管理文件libdbug.mcp，運用CodeWarrior可以翻開該工程文件和編譯等。prog目錄下面的M5307C3目錄下是ColdFire 5307系統(tǒng)的工程文件，而該目錄下的obj目錄下是生成的dBUG目的代碼。src目錄下是5307工程的工程管理文件。用戶可以運用CodeWarrior，翻開M5307C3目錄下的/src/dbug/mwerks/m5307c3.mcp工程管理文件來編譯代碼。 第三個目錄是src目錄，是dBUG的主要源代碼。綜上所述，用戶

6、只需翻開m5307c3.mcp和libdbug.mcp兩個工程文件，即可以看到dBUG一切的源代碼。(2)與處置器和外圍硬件配置相關(guān)的文件 入口文件：vector.s。 存有處置器復位初始入口地址、跳轉(zhuǎn)指令及中斷矢量表。 初始化匯編言語文件：mcfxxxx_lo.s。功能為預初始化處置器、調(diào)用初始化函數(shù)及跳轉(zhuǎn)到main主函數(shù)。其中xxxx表示某特定的處置器型號，如5307。 初始化C言語文件：Sysinit.c。內(nèi)含多個初始化函數(shù)，功能為初始化處置器及各底層硬件。 系統(tǒng)配置文件：Config.h和Board.h 。Config.h 設(shè)定板上處置器類型和其它模塊功能。Board.h 設(shè)定板上各參

7、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。 銜接配置文件：Flash.lcf。設(shè)定銜接時各函數(shù)空間地址及內(nèi)存分配。 預包含頭文件：mxxxx_mwerks.h和mwerks.h。兩函數(shù)被一切的C言語和匯編言語函數(shù)包含，它們設(shè)定CodeWarrior 預處置器所用到的常量和編譯器編譯選項。2 bootloader運轉(zhuǎn)流程簡介bootloader啟動流程如圖2所示。系統(tǒng)上電復位后，跳到Boot ROM的最低地址處。Boot ROM的開場空間FFE00000FFE00400為vector.s中的中

8、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，即完成復位中斷跳轉(zhuǎn)。該復位中斷跳轉(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。該段代碼首先進展部分初始化和真正初始化前的預備任務：制止Cache、制止中斷和地址轉(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暫時堆棧。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()。mcf

9、5307_init()函數(shù)順序調(diào)用各個功能的初始化子函數(shù)，初始化系統(tǒng)集成模塊、并行通用輸出輸入口、串口、I2C控制器、DMA控制器、片選存放器、SDRAM控制器。當運轉(zhuǎn)完mcf5307_init()后，流程回到asm_startmeup中。此時，外圍電路和內(nèi)部模塊已按用戶要求進展了正確的配置，系統(tǒng)的初始化已根本完成。于是，將堆棧指針SP指向用戶要求的堆?？臻g，該堆棧為該板上的外部SDRAM空間。最后，跳轉(zhuǎn)至main函數(shù)。在main中，首先將系統(tǒng)的矢量表從Flash空間拷貝到用戶指定的外部SDRAM中。然后，將Flash中的data段初值拷貝到外部SDRAM指定的data空間中，根據(jù)配置將外部S

10、DRAM中的bss段清0，之后進展一些系統(tǒng)全局數(shù)據(jù)構(gòu)造、參數(shù)表等的初始化。最后，調(diào)用mainloop開場人機交互循環(huán)：不斷接納用戶的命令、根據(jù)命令查表調(diào)用相應的義務函數(shù)、在界面上打印出相應的執(zhí)行信息。3 bootloader用戶運用 (1)bootloader的系統(tǒng)移植由于Motorola的dBUG bootloader為一規(guī)范的范例程序，要將其移植到詳細的嵌入式系統(tǒng)中，還需求根據(jù)系統(tǒng)的硬件配置，修正其部分配置文件和底層接口文件。本文以用于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)存儲的ColdFire5307C3開發(fā)板為例，引見在其上的dBUG移植過程。ColdFire5307C3開發(fā)板硬件情況：ColdFire5307 3

11、2位處置器，16MB (32位數(shù)據(jù)總線)SDRAM，2MB (16位數(shù)據(jù)總線)Flash ROM，2 UART，10Mbps (16位數(shù)據(jù)總線)以太網(wǎng)接口。修正bootloader的處置器和配置相關(guān)文件：a. 根據(jù)5307處置器手冊及用戶需求，修正vector.s中的中斷矢量表。b. 根據(jù)5307處置器手冊編寫mcf5307_lo.s文件。c. 根據(jù)板上的硬件配置修正sysinit.c文件，編寫相應的硬件初始化函數(shù)。d. 根據(jù)系統(tǒng)配置修正config.h和board.h文件。e. 根據(jù)需求修正mxxxx_mwerks.h和mwerks.h，設(shè)定某些編譯選項。f. 根據(jù)需求修正銜接配置文件Fla

12、sh.lcf，設(shè)定銜接時目的代碼的地址分配。g. 編寫相應的硬件驅(qū)動，如該板上用到的MBM29LV 160BE70 Flash芯片的驅(qū)動程序文件am29xxxx.c和am29 xxxx.h、該板上用到的網(wǎng)卡芯片的驅(qū)動程序文件Ns8390.c以及5307的串口驅(qū)動函數(shù)等。(2)bootloader命令簡介2dBUG提供了豐富的調(diào)試命令： 程序流程控制命令reset(系統(tǒng)重啟)、go、exe(用戶程序執(zhí)行)、br(斷點設(shè)置)、step(單步)、trace(單步跟入)、gt(運轉(zhuǎn)到)； 內(nèi)存和存放器操作命令md、mm(內(nèi)存查看和修正)、rd、rm(存放器查看和修正)、bm(內(nèi)處塊挪動)、bf(內(nèi)存塊

13、數(shù)據(jù)填充)、bc(內(nèi)存塊比較)、bs(內(nèi)存塊查找)； 指令和數(shù)據(jù)操作命令dc(數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換)、dis(反匯編)、asm (匯編指令插入)、sym(符號表管理)； 程序下載命令dl(經(jīng)過串口下載)、dn(經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)下載)。(3)bootloader用戶功能擴展除了dBUG bootloader本身提供應用戶的命令外，用戶還希望根據(jù)不同的情況定制本人的命令。如Linux加載、C/OS加載、kermit下載等。普通本人添加的命令都會放在一個單獨的C文件里面。為了方便，用戶也將本人添加的命令都放在board.c文件的最后。例如，用戶想要給dBUG添加C/OS操作系統(tǒng)加載的功能，除了在dBUG中加上本人的程序

14、加載代碼外，還應給dBUG添加一個名為ucosii的用戶命令。這樣可以經(jīng)過在界面上輸入命令的方式實現(xiàn)相應的加載功能。首先應該在board.c里面實現(xiàn)這個函數(shù)：ucos_boot (int argc, char *argv)而后，應在cmds.c文件里面聲明這個函數(shù)，并在緊接著的UIF_CMD UIF_CMDTAB數(shù)組里面聲明這個命令的特性和參數(shù)?！皍cosii, 4,0,0,0,ucos_boot, “Boot uCOS-II from RAM,其中，第一個test字符串是命令的稱號，第二個4闡明命令識別的時候要匹配4個字符才行，最后的字符串是help命令時對test命令的解釋。在描畫中間的test闡明指向的函數(shù)稱號。這樣就很方便地添加了這個用戶命令。4 結(jié) 論綜上所述，Motorola公司的dBUG軟