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文章目录
- 前言
- 1 引导程序(boot loader)
- 1.1 启动文件
- 1.1.1 启动加载程序
- 1.1.2 设置堆栈指针
- 1.1.3 数据段初始化
- 1.1.4 调用 main 函数
- 总结
前言
大家好,又见面了,我是夜阑的狗🐶,本文是专栏【BES2500x系列】专栏的第10篇文章;
今天开始学习BES2500x系列的一天💖💖💖,开启新的征程,记录最美好的时刻🎉,每天进步一点点。
专栏地址:【BES2500x系列】, 此专栏是我是夜阑的狗对BES2500x系列开发过程的总结,希望能够加深自己的印象,以及帮助到其他的小伙伴😉😉。
如果文章有什么需要改进的地方还请大佬不吝赐教👏👏。
1 引导程序(boot loader)
前面学习了嵌入式系统启动的基本流程,可以分为 引导程序 和 系统初始化程序 这两部分,也对一些概念进行了讲解。接下来就来 引导程序 是怎么跑的吧,也就是 boot loader。话不多说,让我们原文再续,书接上回吧。
1.1 启动文件
从上一篇文章中可以知道,引导程序一般都是以 汇编语言编写,所以其文件后缀为 .s 文件,在 platform/main
就能看到有这么一个文件:startup_main.S
,如下图所示:
很明显这个就是 boot loader
的启动文件里,接下来就让我们来看里面具体都干了什么吧,启动文件由汇编编写,是系统上电复位后第一个执行的程序。主要做了以下工作:
Step 1、配置汇编启动文件
Step 2、初始化堆栈指针 SP
(__initial_sp);
Step 3、初始化 PC
指针(Reset_Handler);
Step 4、初始化中断向量表(__Vectors);
Step 5、配置系统时钟(SystemInit);
Step 6、数据段初始化;
Step 7、一般情况是调用C库函数_main来初始化用户堆栈,从而最终调用main函数去到C的世界;
1.1.1 启动加载程序
- 代码
在讲解启动代码的时候,会涉及到 ARM
的汇编指令和 Cortex
内核的指令
.syntax unified.section .boot_loader, "ax", %progbits.thumb.thumb_func.align 2.globl Boot_Loader.type Boot_Loader, %function
- 参数/函数讲解
这段代码是用 ARM 汇编语言编写的启动加载程序(boot loader
)。让我们来逐行解释:
序号 | 参数/函数 | 说明 |
---|---|---|
1 | .syntax unified | 这是汇编器指示使用统一语法格式的指令 |
2 | .section .boot_loader, “ax”, %progbits | 这条指令定义了一个名为 .boot_loader 的段,属性为可执行(a)和可读(x),内容类型为程序代码(%progbits) |
3 | .thumb | 该指令告诉汇编器使用Thumb指令集,Thumb是ARM处理器的一种指令集,它可以使得代码更加紧凑 |
4 | .thumb_func | 同上 |
5 | .align 2 | 这是对齐指令,确保后续指令在内存中按2字节对齐 |
6 | .globl Boot_Loader | 这是一个全局符号定义指令,声明了一个名为 Boot_Loader 的全局符号,使得它可以在其他文件中访问 |
7 | .type Boot_Loader, %function | 这是类型定义指令,将 Boot_Loader 标记为一个函数 |
1.1.2 设置堆栈指针
- 代码
这段代码的作用是设置堆栈指针,为程序的执行做准备。接下来是函数的实现:
Boot_Loader:ldr r0, =__StackTopmsr msp, r0
/* Always use MSP and set privileged mode */movs r0, #0msr control, r0isb#ifndef NO_NVIC_INITbl NVIC_InitVectors
#endif#ifndef NO_BOOT_INITbl BootInit
#endif#ifndef NO_SYSTEM_INITbl SystemInit
#endif
- 参数/函数讲解
这段代码的作用是在设置好堆栈指针后,进行一些系统的初始化工作,包括设置特权级别、执行启动前初始化钩子、初始化中断向量表、执行启动初始化和系统初始化。条件编译部分根据预定义的宏来选择是否执行相应的初始化操作。
序号 | 参数/函数 | 说明 |
---|---|---|
1 | ldr r0, =__StackTop | 这条指令将栈顶地址 __StackTop 的值加载到寄存器 r0 中 |
2 | msr msp, r0 | 这条指令将寄存器 r0 中的值(即栈顶地址)写入主堆栈指针寄存器 msp 中,从而设置了栈顶地址 |
3 | movs r0, #0 | 这条指令将常数0移动到寄存器 r0 中 |
4 | msr control, r0 | 这条指令将寄存器 r0 中的值(即常数0)写入到控制寄存器 control 中,用于设置特权级别。并且决定使用哪一个堆栈指针 |
5 | isb | 这是指令同步栅栏指令,确保在修改特权级别后立即执行。 |
接下来是一些条件编译的部分:
序号 | 参数/函数 | 说明 |
---|---|---|
1 | #ifndef NO_NVIC_INIT | 这是另一个预处理器指令,用于检查是否没有定义 NO_NVIC_INIT 宏。如果没有定义,那么会调用 NVIC_InitVectors 函数,用于初始化中断向量表。 |
2 | #ifndef NO_BOOT_INIT | 同样是预处理器指令,用于检查是否没有定义 NO_BOOT_INIT 宏。如果没有定义,那么会调用 BootInit 函数,用于执行启动初始化,配置系统时钟 |
3 | #ifndef NO_SYSTEM_INIT | 同样是预处理器指令,用于检查是否没有定义 NO_SYSTEM_INIT 宏。如果没有定义,那么会调用 SystemInit 函数,用于执行系统初始化 |
1.1.3 数据段初始化
- 代码
ldr r1, =__etextldr r2, =__data_start__ldr r3, =__data_end__.L_loop1:cmp r2, r3ittt ltldrlt r0, [r1], #4strlt r0, [r2], #4blt .L_loop1
- 参数/函数讲解
这部分代码执行了数据段的初始化,将程序的只读数据段(.text 段
)中的数据复制到RAM中的数据段(.data 段
)中。
序号 | 参数/函数 | 说明 |
---|---|---|
1 | ldr r1, =__etext | 将只读数据段的结束地址 __etext 加载到寄存器 r1 中 |
2 | ldr r2, =__data_start__ | 将RAM中数据段的起始地址 __data_start__ 加载到寄存器 r2 中 |
3 | ldr r3, =__data_end__ | 将RAM中数据段的结束地址 __data_end__ 加载到寄存器 r3 中 |
然后,使用一个循环(标签 .L_loop1
)来逐个复制数据:
序号 | 参数/函数 | 说明 |
---|---|---|
1 | cmp r2, r3 | 比较寄存器 r2 和 r3 中的值,检查是否到达数据段的结束地址 |
2 | ittt lt | 这是一个条件执行指令,当 lt(小于)条件成立时,执行后续的指令 |
3 | ldrlt r0, [r1], #4 | 如果 r2 小于 r3,则从只读数据段中加载一个32位数据到寄存器 r0 中,并递增只读数据段的地址 |
4 | strlt r0, [r2], #4 | 如果 r2 小于 r3,则从只读数据段中加载一个32位数据到寄存器 r0 中,并递增只读数据段的地址 |
5 | blt .L_loop1 | 如果 r2 小于 r3,则继续循环,否则跳出循环 |
这段代码的作用是将只读数据段中的初始化数据复制到 RAM
中的数据段中,以便程序运行时可以修改这些数据。
1.1.4 调用 main 函数
- 代码
#if defined(__ARMCC_VERSION) && !defined(NOSTD) || defined(NUTTX_BUILD)bl __rt_entry
#elsebl _start
#endif.pool.size Boot_Loader, . - Boot_Loader.end
- 参数/函数讲解
这段代码根据条件调用不同的函数作为程序的入口点:如果使用的是 ARMCC
编译器且未定义 NOSTD
宏,或者是 NuttX
构建环境,那么将调用 __rt_entry
函数。否则,将调用 _start
函数。基本到这里上 bootloader
算是完成它的工作了。 然后,使用 .pool
指令和 .size
指令对 Boot_Loader
函数进行处理。
序号 | 参数/函数 | 说明 |
---|---|---|
1 | .pool | 这个指令用于池区,是一种链接指令,用于优化分支指令。它的存在告诉链接器将后续的分支指令(例如 bl)尽可能地放在一起 |
2 | .size | 这个指令指定了 Boot_Loader 函数的大小,用于告诉链接器该函数的长度。. Boot_Loader 表示从当前位置到 Boot_Loader 标签之间的距离,即函数的长度。 |
3 | .end | 指明了汇编文件的结束 |
总结
感谢观看,这里就是 boot loader 引导程序的讲解,如果觉得有帮助,请给文章点个赞吧,让更多的人看到。🌹 🌹 🌹
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