结合 Keil 描述如何编写ARM处理器的Bootloader

strongerHuang 2020-10-25
关注+星标公众,不错过精彩内容

作者 | strongerHuang
微信公众号 | strongerHuang

之前从应用的角度给大家分享过Bootloader相关的文章,今天从底层原理来给大家描述ARM处理器如何编写Bootloader。

1

关于Bootloader

Bootloader顾名思义就是引导加载程序,是在操作系统或应用程序运行之前的一段程序,是在系统上电后执行的一段程序代码。


BootLoader是严重地依赖于硬件而实现的,特别是在嵌入式平台。因此,在嵌入式平台里建立一个通用的BootLoader几乎是不可能的。尽管如此,我们仍然可以对bootloader归纳出一些通用的概念来,以指导用户特定的BootLoader设计与实现。

---来源百度百科


Bootloader在手机、电脑、众多嵌入式系统中都存在,它的作用有很多,比如:初始化底层应用驱动、加载应用程序、更新应用程序等。


不同的设备,Bootloader可能差异很大,通常来说Bootloader比较依赖底层硬件和实际项目需求。


2

如何编写bootloader
bootloader是一段引导加载程序代码,它更新用户的应用程序代码,可以使用很多硬件下载通道(例如USB、网络端口)获得新代码。

在执行引导ROM之后,将执行bootloader程序,并在需要时进行更新,然后执行最终用户应用程序。

引导加载程序和用户应用程序应作为两个独立的Project或Object进行编写和编译,从而产生两个独立且可执行的(bin/hex)文件。

引导加载程序的主要任务是在必要时对用户应用程序进行重新编程/替换,并跳转至用户应用程序以执行该程序,应用程序不一定需要知道引导加载程序的存在。

引导加载程序通常位于芯片闪存基址,下面通过一张图来描述内存和Flash代码映射关系:


有很多方法可以引导bootloader进入编程模式,以将用户应用程序重新编程到Flash中,或者直接跳转到现有的用户应用程序来执行。最简单的方法是检查GPIO引脚以确定是否应进入编程模式。

大多数芯片供应商为用户提供了一种方便的方式,例如 ISP 和 IAP 接口,bootloader将使用它们来更新闪存内容。

当Flash内容已更新或已经是最新时,引导加载程序将跳转到用户应用程序。在执行用户应用程序之前,这需要许多步骤:
1.确保CPU处于特权模式。

2.禁用NVIC中所有启用的中断。

3.禁用所有可能产生中断请求的使能外设,并清除这些外设中的所有未使用中断标志。

4.清除NVIC中所有未使用的中断请求。

5.禁用SysTick并清除其异常挂起位。

6.如果引导加载程序使用了单个故障处理程序,请禁用它们。

7.如果发现内核当前与PSP一起运行,则激活MSP(由于编译器可能仍在使用堆栈,因此在此之前需要将PSP复制到MSP)。

8.将用户应用程序的向量表地址加载到SCB-> VTOR寄存器中。确保地址符合对齐要求。

9.最后一部分是将MSP设置为用户应用程序向量表中找到的值,然后将用户应用程序的重置向量值加载到PC中,也就是跳转功能。

比如通过调用下面的示例BootJump()这样的函数来完成此操作:
static void BootJump(uint32_t *Address){ //1.确保CPU处于特权模式。  if( CONTROL_nPRIV_Msk & __get_CONTROL()) { /* not in privileged mode */    EnablePrivilegedMode() ; }
//2.禁用NVIC中所有启用的中断。 Disable_All_Peripherals();
//3.禁用所有可能产生中断请求的使能外设,并清除这些外设中的所有未使用中断标志。 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中所有未使用的中断请求。 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并清除其异常挂起位。 SysTick->CTRL = 0; SCB->ICSR |= SCB_ICSR_PENDSTCLR_Msk;
//6.如果引导加载程序使用了单个故障处理程序,请禁用它们。 SCB->SHCSR &= ~( SCB_SHCSR_USGFAULTENA_Msk | \ SCB_SHCSR_BUSFAULTENA_Msk | \ SCB_SHCSR_MEMFAULTENA_Msk ) ;
//7.如果发现内核当前与PSP一起运行,则激活MSP  if( CONTROL_SPSEL_Msk & __get_CONTROL()) { /* MSP is not active */    __set_MSP( __get_PSP()) ;    __set_CONTROL( __get_CONTROL() & ~CONTROL_SPSEL_Msk); }
//8.将用户应用程序的向量表地址加载到SCB-> VTOR寄存器中。 SCB->VTOR = ( uint32_t )Address ;
//9.跳转  BootJumpASM( Address[ 0 ], Address[ 1 ]);}


再次说明bootloader与底层硬件和实际需求有关,以上代码仅供参考,主要是提供思路,方便大家理解。


如果还不能理解,建议结合bootloader实际项目进行理解,比如之前给大家分享过的:STM32 + IAP + Ymodem完美结合


------------ END ------------

推荐阅读:

程序猿如何选择开源协议?

线程、进程、多线程、多进程 和 多任务 

几款优秀的支持C、C++等多种语言的在线编译器


关注 微信公众号『strongerHuang』,后台回复“1024”查看更多内容,回复“加群”按规则加入技术交流群。


长按前往图中包含的公众号关注


点击“ 阅读原文 ”查看更多分享,欢迎点分享、收藏、点赞、在看
strongerHuang 公众号作者『strongerHuang』(黄工),分享内容包括(但不限于):Keil、IAR、STM8、STM32、μC/OS、FreeRTOS、CANOpen、ModBus...
评论
热门推荐
相关推荐
我要评论
0
0
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦