基于ARM嵌入式系统的通用bootloader的设计与实现

摘 要：

随着移动设备的流行和发展，嵌入式系统已经成为一个热点。它并不是最近出现的新技术，只是随着微电子技术和计算机技术的发展，微控制芯片功能越来越大，而嵌入微控制芯片的设备和系统越来越多，从而使得这种技术越来越引人注目。它对软硬件的体积大小、成本、功耗和可靠性都提出了严格的要求。嵌入式系统的功能越来越强大，实现也越来越复杂，随之出现的就是可靠性大大降低。最近的一种趋势是一个功能强大的嵌入式系统通常需要一种操作系统来给予支持，这种操作系统是已经成熟并且稳定的，可以是嵌入式的Linux，WINCE等等。

相应地，这也给处理器提出了要求。当今，众多的半导体厂商都生产基于ARM体系结构的通用微处理芯片，ARM技术已经在当今的嵌入式微处理器领域中占据了它的领先地位。究其原因，它的精简指令构架为主又不放弃与复杂指令平衡的设计，使得在获得高性能的同时又能做到低功耗。

本文所要研究的就是基于ARM嵌入式系统通用bootloader的设计与实现。Bootloader是嵌入式系统中执行在内核操作系统前的一段代码，它的基本作用就是加载内核镜像。

在实践平台上，本课题硬件上采用了Intel Xscale系列的PXA255作为处理器，Xscale核心是与ARM V5TE构架兼容的，因此具有一定的代表性，并以此来搭建课题的硬件实践平台，软件上以Linux作为操作系统。而在具体的实现上目标是除了实现bootloader的基本功能外，还将它实现成一个更加复杂的系统，即增加对硬件电路板的支持，以方便开发人员进行调试以及开发。因此，本文重点阐述了实践上具体的设计，具体的实现以及简单评估了它的作用。最后，对实现的bootloader进行了扩展：即在阐明ARM嵌入式系统中bootloader的一些共同点之后，介绍了如何对其他ARM系统进行移植，以做到通用性。

目录

摘要 I
Abstract II
目录 III
绪言 １
1. 背景 １
2. 主要研究工作 １
3. 主要内容 ２
第一章 ARM简介 ３
1.1 ARM 简介 ３
1.1.1 ARM处理器介绍 ３
1.2 ARM处理器的优势特点 ６
1.2.1 RISC指令集 ６
1.2.2 低功耗 ７
第二章 ARM体系结构介绍 ８
2.1 ARM core描述 ８
2.2 编程模型介绍 １０
2.2.1 ARM处理器模式 １０
2.2.2 ARM寄存器组介绍 １０
2.2.3 ARM存储系统 １２
2.2.4 ARM指令集介绍 １３
2.2.5 ARM体系的异常中断 １４
2.3 ARM最小系统描述 １５
2.4 Intel Xscale系统构架 １６
2.4.1 PXA255介绍 １８
第三章 Bootloader的概念 １９
3.1 Bootloader的基本概念 １９
3.2 Bootloader的操作模式 ２０
3.3 Bootloader的概念扩展 ２０
3.4 ARM Bootloader的共性 ２０
第四章 Bootloader的设计与实现 ２２
4.1 研究的平台环境 ２２
4.1.1 硬件平台 ２２
4.1.2 软件环境以及软件开发工具 ２３
4.2 Bootloader的总体设计 ２３
4.2.1 阶段设计 ２３
4.2.2 地址规划设计 ２４
4.2.3 模式设计 ２５
4.3 Bootloader的具体实现 ２５
4.3.1 阶段1的代码实现 ２５
4.3.2 阶段2的代码实现 ２８
4.3.3 代码的编译 ３５
4.3.4 目标文件的链接与转换 ３６
4.4 代码组织结构 ４２
4.5 使用操作 ４３
第五章 实验结果与测评 ４４
5.1 实验结果 ４４
5.1.1 基本功能的实现结果 ４４
5.1.2 扩展功能的实现结果 ４５
5.2 程序性能 ４６
5.2.1 扩展功能的功能性测试数据 ４６
5.2.2 程序的可移植性 ４６
第六章 总结与展望 ４７