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[導(dǎo)讀]之前從應(yīng)用的角度給大家分享過Bootloader相關(guān)的文章,今天從底層原理來給大家描述ARM處理器如何編寫B(tài)ootloader。

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作者 | strongerHuang
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之前從應(yīng)用的角度給大家分享過Bootloader相關(guān)的文章,今天從底層原理來給大家描述ARM處理器如何編寫B(tài)ootloader。

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關(guān)于Bootloader

Bootloader顧名思義就是引導(dǎo)加載程序,是在操作系統(tǒng)或應(yīng)用程序運行之前的一段程序,是在系統(tǒng)上電后執(zhí)行的一段程序代碼。


BootLoader是嚴(yán)重地依賴于硬件而實現(xiàn)的,特別是在嵌入式平臺。因此,在嵌入式平臺里建立一個通用的BootLoader幾乎是不可能的。盡管如此,我們?nèi)匀豢梢詫ootloader歸納出一些通用的概念來,以指導(dǎo)用戶特定的BootLoader設(shè)計與實現(xiàn)。

---來源百度百科


Bootloader在手機、電腦、眾多嵌入式系統(tǒng)中都存在,它的作用有很多,比如:初始化底層應(yīng)用驅(qū)動、加載應(yīng)用程序、更新應(yīng)用程序等。


不同的設(shè)備,Bootloader可能差異很大,通常來說Bootloader比較依賴底層硬件和實際項目需求。


2

如何編寫bootloader
bootloader是一段引導(dǎo)加載程序代碼,它更新用戶的應(yīng)用程序代碼,可以使用很多硬件下載通道(例如USB、網(wǎng)絡(luò)端口)獲得新代碼。

在執(zhí)行引導(dǎo)ROM之后,將執(zhí)行bootloader程序,并在需要時進行更新,然后執(zhí)行最終用戶應(yīng)用程序。

引導(dǎo)加載程序和用戶應(yīng)用程序應(yīng)作為兩個獨立的Project或Object進行編寫和編譯,從而產(chǎn)生兩個獨立且可執(zhí)行的(bin/hex)文件。

引導(dǎo)加載程序的主要任務(wù)是在必要時對用戶應(yīng)用程序進行重新編程/替換,并跳轉(zhuǎn)至用戶應(yīng)用程序以執(zhí)行該程序,應(yīng)用程序不一定需要知道引導(dǎo)加載程序的存在。

引導(dǎo)加載程序通常位于芯片閃存基址,下面通過一張圖來描述內(nèi)存和Flash代碼映射關(guān)系:


有很多方法可以引導(dǎo)bootloader進入編程模式,以將用戶應(yīng)用程序重新編程到Flash中,或者直接跳轉(zhuǎn)到現(xiàn)有的用戶應(yīng)用程序來執(zhí)行。最簡單的方法是檢查GPIO引腳以確定是否應(yīng)進入編程模式。

大多數(shù)芯片供應(yīng)商為用戶提供了一種方便的方式,例如 ISP 和 IAP 接口,bootloader將使用它們來更新閃存內(nèi)容。

當(dāng)Flash內(nèi)容已更新或已經(jīng)是最新時,引導(dǎo)加載程序?qū)⑻D(zhuǎn)到用戶應(yīng)用程序。在執(zhí)行用戶應(yīng)用程序之前,這需要許多步驟:
1.確保CPU處于特權(quán)模式。

2.禁用NVIC中所有啟用的中斷。

3.禁用所有可能產(chǎn)生中斷請求的使能外設(shè),并清除這些外設(shè)中的所有未使用中斷標(biāo)志。

4.清除NVIC中所有未使用的中斷請求。

5.禁用SysTick并清除其異常掛起位。

6.如果引導(dǎo)加載程序使用了單個故障處理程序,請禁用它們。

7.如果發(fā)現(xiàn)內(nèi)核當(dāng)前與PSP一起運行,則激活MSP(由于編譯器可能仍在使用堆棧,因此在此之前需要將PSP復(fù)制到MSP)。

8.將用戶應(yīng)用程序的向量表地址加載到SCB-> VTOR寄存器中。確保地址符合對齊要求。

9.最后一部分是將MSP設(shè)置為用戶應(yīng)用程序向量表中找到的值,然后將用戶應(yīng)用程序的重置向量值加載到PC中,也就是跳轉(zhuǎn)功能。

比如通過調(diào)用下面的示例BootJump()這樣的函數(shù)來完成此操作:
static?void?BootJump(uint32_t?*Address){ //1.確保CPU處于特權(quán)模式。??if(?CONTROL_nPRIV_Msk?&?__get_CONTROL()) { /* not in privileged mode */????EnablePrivilegedMode()?; }
//2.禁用NVIC中所有啟用的中斷。 Disable_All_Peripherals();
//3.禁用所有可能產(chǎn)生中斷請求的使能外設(shè),并清除這些外設(shè)中的所有未使用中斷標(biāo)志。 NVIC->ICER[ 0 ] = 0xFFFFFFFF; NVIC->ICER[ 1 ] = 0xFFFFFFFF; NVIC->ICER[ 2 ] = 0xFFFFFFFF; NVIC->ICER[ 3 ] = 0xFFFFFFFF; NVIC->ICER[ 4 ] = 0xFFFFFFFF; NVIC->ICER[ 5 ] = 0xFFFFFFFF; NVIC->ICER[ 6 ] = 0xFFFFFFFF; NVIC->ICER[ 7 ] = 0xFFFFFFFF;
//4.清除NVIC中所有未使用的中斷請求。 NVIC->ICPR[ 0 ] = 0xFFFFFFFF; NVIC->ICPR[ 1 ] = 0xFFFFFFFF; NVIC->ICPR[ 2 ] = 0xFFFFFFFF; NVIC->ICPR[ 3 ] = 0xFFFFFFFF; NVIC->ICPR[ 4 ] = 0xFFFFFFFF; NVIC->ICPR[ 5 ] = 0xFFFFFFFF; NVIC->ICPR[ 6 ] = 0xFFFFFFFF; NVIC->ICPR[ 7 ] = 0xFFFFFFFF;
//5.禁用SysTick并清除其異常掛起位。 SysTick->CTRL = 0; SCB->ICSR |= SCB_ICSR_PENDSTCLR_Msk;
//6.如果引導(dǎo)加載程序使用了單個故障處理程序,請禁用它們。 SCB->SHCSR &= ~( SCB_SHCSR_USGFAULTENA_Msk | \ SCB_SHCSR_BUSFAULTENA_Msk | \ SCB_SHCSR_MEMFAULTENA_Msk ) ;
//7.如果發(fā)現(xiàn)內(nèi)核當(dāng)前與PSP一起運行,則激活MSP??if(?CONTROL_SPSEL_Msk?&?__get_CONTROL()) { /* MSP is not active */????__set_MSP(?__get_PSP())?;????__set_CONTROL(?__get_CONTROL()?&?~CONTROL_SPSEL_Msk); }
//8.將用戶應(yīng)用程序的向量表地址加載到SCB-> VTOR寄存器中。 SCB->VTOR = ( uint32_t )Address ;
//9.跳轉(zhuǎn)??BootJumpASM(?Address[?0?],?Address[?1?]);}


再次說明bootloader與底層硬件和實際需求有關(guān),以上代碼僅供參考,主要是提供思路,方便大家理解。


如果還不能理解,建議結(jié)合bootloader實際項目進行理解,比如之前給大家分享過的:STM32 + IAP + Ymodem完美結(jié)合


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