Motorola微處理器的bootloader分析與應(yīng)用

1、Motorola徹處理器的bootloader分析與應(yīng)用摘要：以Motorola 32位處理器Coldl;ire5307為例，分析.介紹Motorola公司用于嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的dBUG通用boot loader 軟件的結(jié)構(gòu).運(yùn)行原理及應(yīng)用。關(guān)鍍詞：嵌入式系統(tǒng)ColdFire boot loader dBUG引言 boot loader是用來完成系統(tǒng)啟動(dòng)和系統(tǒng)軟件加載工作的程序。它是底層玫件和上層應(yīng)用軟件之問的一個(gè)中問件軟件， 完成處理器和周邊電路正常運(yùn)行所要的初始化工作；可以屛蔽底層玫件的差異，使上層應(yīng)用軟件的編寫和移植更加方便：不僅 具有類似PC機(jī)上常用的BIOS（Basic Input O

2、utput System,基本輸入.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boot loader比較優(yōu)秀。它可 以移植在Motorola MC68000. ColdFire PowerPC系列所有徵處理器上面，有強(qiáng)大的調(diào)試功能.支持單步、下熱 網(wǎng)絡(luò)更新等： 其良好的軟件架構(gòu)使用戶能很方便地修改其代碼，擴(kuò)展新的功能。本文以作者用于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的coldfire5307C3#發(fā)板為例, 簡析其上的dBUG boot loader的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行機(jī)制，并給出實(shí)際修改X例。1 boot lo

3、ader源碼結(jié)構(gòu)（l）boot loader的文件組織dBUG bootloader源代碼可以從Motorola公司獲得。它是一個(gè)X例程序，通過修改相應(yīng)的巨置文件和處理器相關(guān)文件，可以很 方便地移植到不同的處理器系統(tǒng)上。其源碼由兩個(gè)部分組成，一部分是lib項(xiàng)目，另外一部分是毎種Motorola 處理器單獨(dú)的 處理器項(xiàng)目。比如，ColdFire 5307就使用MCF5307C3項(xiàng)目和lib項(xiàng)目一起來生成最終的dBUG代碼。其中l(wèi)ib項(xiàng)目中是與處理 器無關(guān)的一些命令或者函數(shù)，而每個(gè)單獨(dú)的處理器項(xiàng)目是和每種不同的處理器息息相關(guān)的。在編譯的時(shí)候，首先需要將lib項(xiàng) 目編譯生成標(biāo)準(zhǔn)庫函數(shù)（也就是將一些通

4、用命令和函數(shù)先封裝起來）。然后，編譯MCE5307C3項(xiàng)目，就會(huì)將剛才編譯的1 ib項(xiàng)目 和MCF5307C3項(xiàng)目結(jié)合在一起生成最終代碼。整個(gè)dBUG boot loader代碼的架構(gòu)比較復(fù)雜，其源碼按功能可分為3個(gè)模塊1 ： User Interface ponent. CPI-specific ponente Board-specific ponento用戶進(jìn)入dBUG的目錄以后，會(huì)看到三個(gè)子目錄，如圖1新示1, 2。02 bootloader啟動(dòng)就揑 第一個(gè)目錄是bin目錄，在該目錄下面主要是一個(gè)簡單的THTP Server軟件。TFTP是簡單的FTP（文件傳輸協(xié)議）。它是基于 UDP協(xié)

5、議的，主要用來下載程序目標(biāo)代碼。 第二個(gè)目錄是prog目錄，下面主要是lib項(xiàng)目和MCF-5307C3項(xiàng)目的項(xiàng)目組織文件和一部分源代碼。在prog目錄下面的1 ibdbug 目錄下，有1 ib項(xiàng)目的項(xiàng)目管理文件1 ibdbug. mep,使用CodeWarrior可以打開該項(xiàng)目文件和編譯等。prog目錄下面的M5307C3 目錄下是ColdFire 5307系統(tǒng)的項(xiàng)目文件，而該目錄下的obj目錄下是生成的dBUG目標(biāo)代碼。sre目錄下是5307項(xiàng)目的項(xiàng)目 管理文件。用戶可以使用CodeWarrior,打開M5307C3目錄下的/src/dbug/mwerks/m5307c3. mep項(xiàng)目管浬文

6、件來編譯代碼。 第三個(gè)目錄是SM目錄，是dBCG的主要源代碼。綜上所述，用戶只要打開m5307c3. mcp和libdbug. mcp兩個(gè)項(xiàng)目文件，即可以看到dBUG所有的源代碼。(2) 與處理器和外國硬件配置相關(guān)的文件 入口文件：vector. So存有處理器復(fù)位初始入口地址、跳轉(zhuǎn)指令及中斷矢量表。初始化匯編語言文件：mcfxxxxjo.so 功能為預(yù)初始化處理器、調(diào)用初始化函數(shù)及跳轉(zhuǎn)到main主函數(shù)。其中xxxk表示某特定的處理器型號，如5307。初始化C語言文件：Sysinit.Co內(nèi)含多個(gè)初始化函數(shù)，功能為初始化處理器及各底層哽件。系統(tǒng)配置文件：Config, h和Bo吐d.h oCo

7、nfig. h設(shè)定板上處理器類型和其它模塊功能。Board, h設(shè)定板上各參數(shù)信息，如片外Flash和SDRAM大小、類型.數(shù)據(jù)寬度和地址X圍、劃分板上內(nèi)存空問X國、系統(tǒng)時(shí)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。連接配置文件:Flash, lcfo設(shè)定連接時(shí)各函數(shù)空問地址及內(nèi)存分配。預(yù)包含頭文件：mxxxx_mwcrks. h mwerks. h0 兩函數(shù)被所有的C語言和匯編語言函數(shù)包含，它們設(shè)定CodeWarrior預(yù)處理器所用到的席量和編譯器編譯選項(xiàng)。2 boot loader運(yùn)行流程簡介boot loader啟動(dòng)流程如圖2所示。系統(tǒng)上電復(fù)位后，跳到Boot ROM的最低地址處

8、。Boot ROM的開始空問FFE00()00"FFE00400vector, s中的中斷矢量表。將表中第一個(gè)32位字傳給5307的SP,將第二個(gè)32位字傳給PC,即完成復(fù)位中斷跳裝。該復(fù)位中斷跳轉(zhuǎn)到vector, s中的start處。此處僅初始化s然后跳轉(zhuǎn)到mcf5307_lo. s中的asm_startmeup<>該段代碼 首先進(jìn)行部分初始化利真正初始化前的準(zhǔn)備工作：禁止Cache.禁止中斷和地址蚌換、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空問，即當(dāng)調(diào)用真正的初始化程序時(shí)用內(nèi)部SRAM的一段地址空問作

9、為 臨時(shí)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mcf5307Jnit()omcf5307_init ()函數(shù)順序調(diào)用各個(gè)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.片選寄存器.SDRAM控制器。當(dāng)運(yùn)行完mcf5307_init()后，流程回到asm_startmeup中。此時(shí)，外國電路和內(nèi)部模塊 巳按用戶要求進(jìn)行了正確的配置，系統(tǒng)的初始化巳基本完成。于是.將堆棧指針SP指向用戶要求的堆?？諉?，該堆棧為該板上 的外部SDRAM空問。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空問

10、拷貝到用戶指定的外部SDRAM中。然后，Elash中的data段初值拷貝到 外部SDRAM指定的data空問中，根據(jù)配置將外部SDRAM中的bss段清0,之后進(jìn)行一些系統(tǒng)全局?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu).參數(shù)表等的初始化。 最后，調(diào)用mainloop#始人機(jī)交互循環(huán)：不斷接收用戶的命令.根據(jù)命令查表調(diào)用相應(yīng)的任務(wù)函數(shù)、在界面上打印出相應(yīng)的執(zhí) 行信息。3 boot loader用戶應(yīng)用（1）boot loader的系統(tǒng)移植由于Motorola的dBUG boot loads為一標(biāo)準(zhǔn)的X例程序，要將其移植到具體的嵌入式系統(tǒng)中，還需要根據(jù)系統(tǒng)的硬件配置， 修改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)存借的Col

11、dFire5307C3開發(fā)板為例，介紹在其上的dBUG移植過程。 ColdFire5307C3開發(fā)板硬件情況：ColdFire5307 32 位處理器.16MB （32 位數(shù)據(jù)總線）SDRAM, 2MB （16 位數(shù)據(jù)總線）Flash ROM, 2 CART, 10Mbps （16 位數(shù)據(jù)總線） 以太網(wǎng)接口。 修改boot loader的處理器和配置相關(guān)文件：a. 根據(jù)5307處理器手卅及用戶需要，修改vector, s中的中斷矢量表。b. 根據(jù)5307處理器手卅編寫mcf5307_lo.s文件。c. 根據(jù)板上的硬件配置修改sysinit.c文件，編寫相應(yīng)的硬件初始化函數(shù)。d. 根據(jù)系統(tǒng)配置修

12、改config, h和board, h文件。e. 報(bào)據(jù)需要修改mxxxx_nnvciksh和mwerks. h,設(shè)定某些編譯選項(xiàng)。f. 根據(jù)需要修改連接配置文件Flash, lcf.設(shè)定連接時(shí)目標(biāo)代碼的地址分配。g. 編寫相應(yīng)的硬件驅(qū)動(dòng)，如該板上用到的MBM29LV 160BE70 Flash芯片的驅(qū)動(dòng)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(dòng)程序文件Ns8390. c以及5307的串口驅(qū)動(dòng)函數(shù)等。（2）boot 1 oader 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）、b】（斷點(diǎn)設(shè)

13、置）、step（單步）、trace（單步跟入）、gt（運(yùn)行到）; 內(nèi)存和寄存器操作命令md.mni（內(nèi)存查看和修改）、rd、寄存器查看和修改）、bm（內(nèi)處塊移動(dòng)）.bf （內(nèi)存塊數(shù)據(jù)填充）、be （內(nèi) 存塊比較）、bs（內(nèi)存塊查找” 指令和數(shù)據(jù)操作命令de（數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換）.dis（反匯編）、asm （匯編指令插入）、sym（符號表管理）： 程序下栽命令dl（通過串口下載）、dn（通過網(wǎng)絡(luò)下載幾（3）boot loader用戶功能擴(kuò)展除了 dBUG boot loader本身提供給用戶的命令外，用戶還希望根據(jù)不同的惜況定制自己的命令。如Linux加栽、uC/OS加 載、kermit下載等。一般自己添

14、加的命令都會(huì)放在一個(gè)單獨(dú)的C文件里面。為了方便，用戶也將自己添加的伶今都放在board, c 文件的最后。例如,用戶想要給dBUG添加PC/0S操作系統(tǒng)加裁的功能，除了在dBUG中加上自己的程序加載代碼外，還應(yīng)給dBUG添加 一個(gè)名為ucosii的用戶命令。這樣可以通過在界面上輸入命令的形式實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的加栽功能。首先應(yīng)該在board, c里面實(shí)現(xiàn)這個(gè) 函數(shù)：ucos_boot （int argct char argv）而后,應(yīng)在emds. c文件里面聲明這個(gè)函數(shù)，并在緊接著的UIF_CMD UIF_CMDTAB數(shù)組里面聲明這個(gè)命令的特性和參數(shù)。."ucosii" 4.0,0.0,ucos_boot. “Boot uCOS-II from RAMM其中，第一個(gè)test字符串是伶令的名稱，第二個(gè)4表明命令識別的時(shí)候要匹史4個(gè)字符才行，最后的字符串是help命令 時(shí)對test命令的解釋。在描述中問的test表明指向的函數(shù)名稱。這樣就很方便地添加了這個(gè)用戶命令。1結(jié)論 綜上所述，Motorola公司的dBUG軟件由