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      Motorola微處理器的bootloader分析與應用

      時間:2024-10-28 21:36:27 理工畢業論文 我要投稿
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      Motorola微處理器的bootloader分析與應用

      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開發的dBUG通用bootloader軟件的結構、運行原理及應用。

      引 言

      ??bootloader是用來完成系統啟動和系統軟件加載工作的程序。它是底層硬件和上層應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行所要的初始化工作;可以屏蔽底層硬件的差異,使上層應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 Output System,基本輸入、輸出系統監控程序)功能,而且還可具有一定的調試功能。目前,在嵌入式系統開發中有多種bootloader可供選擇,其中Motorola公司的名為dBUG的bootloader比較優秀。它可以移植在Motorola MC68000、ColdFire和PowerPC系列所有微處理器上面,有強大的調試功能,支持單步、下載、網絡更新等;其良好的軟件架構使用戶能很方便地修改其代碼,擴展新的功能。本文以作者用于網絡數據存儲的coldfire5307C3開發板為例,簡析其上的dBUG bootloader的結構和運行機制,并給出實際修改范例。

      1 bootloader源碼結構

      (1)bootloader的文件組織

        dBUG bootloader源代碼可以從Motorola公司網站獲得。它是一個范例程序,通過修改相應的配置文件和處理器相關文件,可以很方便地移植到不同的處理器系統上。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lib項目中是與處理器無關的一些命令或者函數,而每個單獨的處理器項目是和每種不同的處理器息息相關的。在編譯的時候,首先需要將lib項目編譯生成標準庫函數(也就是將一些通用命令和函數先封裝起來)。然后,編譯MCF5307C3項目,就會將剛才編譯的lib項目和MCF5307C3項目結合在一起生成最終代碼。

        整個dBUG bootloader代碼的架構比較復雜,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]。

      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(文件傳輸協議)。它是基于UDP協議的,主要用來下載程序目標代碼。

      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lib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系統的項目文件,而該目錄下的obj目錄下是生成的dBUG目標代碼。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的文件

      ① 入口文件:vector.s。

      存有處理器復位初始入口地址、跳轉指令及中斷矢量表。

      ② 初始化匯編語言文件:mcfxxxx_lo.s。

      功能為預初始化處理器、調用初始化函數及跳轉到main主函數。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。

      內含多個初始化函數,功能為初始化處理器及各底層硬件。

      ④ 系統配置文件:Config.h和Board.h 。

      Config.h

      設定板上處理器類型和其它模塊功能。

      Board.h

      設定板上各參數信息,如片外Flash和SDRAM大小、類型、數據寬度和地址范圍、劃分板上內存空間范圍、系統時鐘大小、系統總線速率以及一些其它要用到的系統常量。

      ⑤ 連接配置文件:Flash.lcf。

      設定連接時各函數空間地址及內存分配。

      ⑥ 預包含頭文件:mxxxx_mwerks.h和mwerks.h。

      兩函數被所有的C語言和匯編語言函數包含,它們設定CodeWarrior 預處理器所用到的常量和編譯器編譯選項。

      2 bootloader運行流程簡介

        bootloader啟動流程如圖2所示。

        系統上電復位后,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,即完成復位中斷跳轉。

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

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