嵌入式课程设计报告完整版

目录
前言 (2)
一、U-Boot分析 (3)
1、引导程序U-Boot第一阶段分析 (3)
2、引导过程 (4)
3、程序流程图 (8)
二、程序设计 (8)
三、心得体会 (9)
前言
ARM嵌入式处理器已被广泛应用于消费电子厂品、无线通信、网络通信和工业控制等领域。

在嵌入式操作系统中，Linux、Vxworks、WinCE三足鼎立，其中Linux由于其开源性、稳定性、安全性、可裁剪性更是一支独秀。

在嵌入式系统中，如何实现在ARM平台下Linux操作系统的引导工作是嵌入式技术开发的重要环节。

BootLoader就是在操作系统内核运行之前运行的一段小程序。

通过这段小程序，我们可以初始化硬件设备、建立内存空间映射图，从而将系统的软硬件环境带到一个合适状态，以便为最终调用操作系统内核准备好正确的环境。

在嵌入式系统中，通常并没有像BIOS那样的固件程序（注，有的嵌入式CPU也会内嵌一段短小的启动程序），因此整个系统的加载启动任务就完全由BootLoader 来完成。

比如在一个基于ARM7TDMI core的嵌入式系统中，系统在上电或复位时通常都从地址0x00000000处开始执行，而在这个地址处安排的通常就是系统的BootLoader程序。

一、U-Boot分析
嵌入式Linux系统中常用的Bootloader引导程序有U-Boot，redboot, blob 和vivii等,其中U-Boot遵循GPL条款的开放源码项目，功能最为强大，U-Boot 对PowerPC系列处理器支持最丰富，同时还支持MIPS,x86,ARM,XScale等诸多常用系列的处理器；U-Boot引导程序分为Stage1和Stage2量大部分，Stage1中主要包括设备初始化、中断设置、时间设置和储存器初始化等工作，并且采用汇编语言实现，而一些通用功能大多采用C语言实现，放在Stage2中。

1、引导程序U-Boot第一阶段分析
Stage1的代码在CPU/arm920t/start.s中定义，它包括从系统上电后在
0x00000000地址开始执行的部分。

这部分代码系统启动后，从NADA FLASH
自动加载到SDRAM中，它包括S3C2410A中寄存器的初始化和将U-Boot的Stage2代码从FLASH拷贝到SDRAM。

Stage2的起始地址是在Stage1代码中
指定的，被复制到SDRAM后，就从第一阶段跳到这个入口地址，开始执行剩
余部分代码；其系统工作图如下：
2、引导过程
U-Boot启动内核的过程可以分成为两个阶段，但在本次课程设计中我们只对其的第一个阶段代码进行分析。

第一阶段的功能主要包括硬件设备初始化，加载U-Boot第二阶段代码到RAM空间，设置好栈，跳转到第二阶段代码入口。

第一阶段对应的文件是cpu/arm920t/start.S和board/samsung/mini2440
/lowlevel_init.S，当系统上电后第一个链接的是cpu/arm920t/start.o，进而执行其代码。

1) 设置异常向量，从而保证系统上电后出现异常时，CPU根据异常号在异常
向量表中找到对应的异常向量，然后执行异常向量处的跳转指令，CPU就跳转到对应的异常处理程序执行；
2) 设置CPU模式为SVC模式并将中断禁止位和快中断禁止位置一，从而屏
蔽了IRQ和FIQ中断；
mrs r0,cpsr
bic r0,r0,#0x1f
orr r0,r0,#0xd3
msr cpsr,r0
3) 设置控制寄存器地址
#if defined(CONFIG_S3C2410A)
# define pWTCON 0x15300000
# define INTMSK 0x14400008 /* Interupt-Controller base addresses */ # define CLKDIVN 0x14800014 /* clock divisor register */
#elif defined(CONFIG_S3C2410A)
# define pWTCON 0x53000000
# define INTMSK 0x4A000008 /* Interupt-Controller base addresses */ # define INTSUBMSK 0x4A00001C
# define CLKDIVN 0x4C000014 /* clock divisor register */
#endif
4) 设置关闭看门狗：
LDR R0, =Pwtcon
MOV R1,#0x0
STR R1, [R0]
以上代码向看门狗控制寄存器写入0，关闭看门狗。

否则在U-Boot启动过程中，CPU将不断重启。

5) 设置主中断屏蔽寄存器，禁止所以中断，INTMSK是主中断屏蔽寄存器，每一位对应SRCPND（中断源引脚寄存器）中的一位，表明SRCPND相应位代表的中断请求是否被CPU所处理。

mov r1, #0xffffffff
ldr r0, =INTMSK
str r1, [r0] //关闭所有
6）设置MPLLCON,UPLLCON, CLKDIVN ,CPU上电几毫秒后，晶振输出稳定，FCLK=Fin （晶振频率），CPU开始执行指令。

但实际上，FCLK可以高于Fin，为了提高系统时钟，需要用软件来启用PLL。

这就需要设置CLKDIVN，MPLLCON，UPLLCON这3个寄存器。

#if defined(CONFIG_S3C2410A) || defined(CONFIG_S3C2410)
ldr r0, =pWTCON
mov r1, #0x0
str r1, [r0] //关闭watchdog
mov r1, #0xffffffff
ldr r0, =INTMSK
str r1, [r0] //关闭所有的中断
# if defined(CONFIG_S3C2410A)
ldr r1, =0x3ff
ldr r0, =INTSUBMSK
str r1, [r0] //关闭所有的中断
# endif
/* FCLK:HCLK:PCLK = 1:2:4 */
/* default FCLK is 120 MHz ! */
//设置HCLK为FCLK/2, PCLK为FCLK/4, FCLK为CPU产生clock,HCLK为AHB 总线上的设备产生//clock, PCLK为APB总线上的设备产生clock,
7）初始化RAM控制寄存器,在程序代码中lowlevel_init是来完成内存初始化的工作，由于内存初始化是依赖于开发板的，因此lowlevel_init的代码一般放在board下面相应的目录中（lowlevel_init在board/samsung/mini2440/lowlevel_init.S中定义）。

U-Boot在NAND Flash启动时，lowlevel_init.o将自动被读取到CPU内部4KB的内部RAM中。

因此第137~146行的代码将从CPU内部RAM中复制寄存器的值到相应的寄存器中。

对于U-Boot在NOR Flash启动的情况，由于U-Boot连接时确定的地址是U-Boot在内存中的地址，而此时U-Boot还在NOR Flash中，因此还需要在NOR Flash中读取数据到RAM中。

由于NOR Flash的开始地址是0，而U-Boot的加载到内存的起始地址是TEXT_BASE，SMRDATA标号在Flash的地址就是SMRDATA－TEXT_BASE。

综上所述，lowlevel_init的作用就是将SMRDATA开始的13个值复制给开始地址[BWSCON]的13个寄存器，从而完成了存储控制器的设置。

8）复制U-Boot第二阶段代码到RAM,由于cpu/arm920t/start.S原来的代码是只支持从NOR Flash启动的，所以要修改现在U-Boot的NOR Flash和NAND Flash 上就能启动了。

而U-Boot的启动可能是在NAND Flash启动或NOR Flash启动，所以在启动程序中要专门一段程序来对启动方式进行判定。

无论是从NOR Flash 还是从NAND Flash启动，地址0处为U-Boot的第一条指令“ b start_code”，对于从NAND Flash启动的情况，其开始4KB的代码会被自动复制到CPU内部4K内存中，因此可以通过直接赋值的方法来修改；对于从NOR Flash启动的情况，NOR Flash的开始地址即为0，必须通过一定的命令序列才能向NOR Flash中写数据，所以可以根据这点差别来分辨是从NAND Flash还是NOR Flash启动：向地址0写入一个数据，然后读出来，如果发现写入失败的就是NOR Flash，否则就是NAND Flash。

9）设置堆栈
stack_setup:
ldr r0, _TEXT_BASE
sub r0, r0, #CFG_MALLOC_LEN
sub r0, r0, #CFG_GBL_DATA_SIZE
#ifdef CONFIG_USE_IRQ
sub r0, r0, #(CONFIG_STACKSIZE_IRQ+CONFIG_STACKSIZE_FIQ)
#endif
sub sp, r0, #12
只要将sp指针指向一段没有被使用的内存就完成栈的设置了。

根据上面的代码可以知道U-Boot内存使用情况了，如下图所示：
11）清除BSS段,初始值为0，无初始值的全局变量，静态变量将自动被放在BSS 段。

应该将这些变量的初始值赋为0，否则这些变量的初始值将是一个随机的值，若有些程序直接使用这些没有初始化的变量将引起未知的后果。

clear_bss:
ldr r0, _bss_start
ldr r1, _bss_end
mov r2, #0x00000000
clbss_l:str r2, [r0]
add r0, r0, #4
cmp r0, r1
ble clbss_l
12）跳转到第二阶段代码入口,当程序执行到ldr pc, _start_armboot跳转指令时跳转到第二阶段代码入口start_armboot处。

ldr pc, _start_armboot //跳转到_start_armboot处执行。

_start_armboot: .word start_armboot
3、程序流程图
U-Boot第一阶段启动程序流程图如下：
二、程序设计
按照实验设计要求自主设计一个简单的引导程序，要求设置中断向量表、堆栈初始化和准备C环境，最后跳到C程序main函数入口点。

程序如下所示：
.globl _start
_start: b reset //复位向量
ldr pc, _undefined_instruction
ldr pc, _software_interrupt
ldr pc, _prefetch_abort
ldr pc, _data_abort
ldr pc, _not_used
ldr pc, _irq //中断向量
ldr pc, _fiq //快速中断向量
_undefined_instruction: .word undefined_instruction
_software_interrupt: .word software_interrupt
_prefetch_abort: .word prefetch_abort
_data_abort: .word data_abort
_not_used: .word not_used
_irq: .word irq
_fiq: .word fiq
stack_setup:
ldr r0, _TEXT_BASE
ub r0, r0, #CFG_MALLOC_LEN
sub r0, r0, #CFG_GBL_DATA_SIZE
#ifdef CONFIG_USE_IRQ
sub r0, r0, #(CONFIG_STACKSIZE_IRQ+CONFIG_STACKSIZE_FIQ)
#endif
sub sp, r0, #12
B Cmain
Cmain
EXPORT DMAIN
AREA DMAIN, CONE,READONLY
IMPOPT Cmain
END
Main()
{
int a=1;
while(a);
}
三、心得体会
通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关嵌入式技术方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。

实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。

过而能改，善莫大焉。

在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。

最终的检测调试环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。

这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的指导下，终于游逆而解。

在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才
能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可！
课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门讲道课，一门辩思课，给了我许多道，给了我很多思，给了我莫大的空间。

同时，设计让我感触很深。

使我对抽象的理论有了具体的认识。

通过这次课程设计，我掌握了常用元件的识别和测试；熟悉了常用仪器、仪表；了解了电路的连线方法；以及如何提高电路的性能等等，掌握了焊接的方法和技术，通过查询资料，也了解了收音机的构造及原理。

我认为，在这学期的实验中，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。

更重要的是，在实验课上，我们学会了很多学习的方法。

而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。

要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。

这对于我们的将来也有很大的帮助。

以后，不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，找寻有趣的事情，发现其中珍贵的事情。

就像中国提倡的艰苦奋斗一样，我们都可以在实验结束之后变的更加成熟，会面对需要面对的事情。

回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。

通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。

实验过程中，也对团队精神的进行了考察，让我们在合作起来更加默契，在成功后一起体会喜悦的心情。

果然是团结就是力量，只有互相之间默契融洽的配合才能换来最终完美的结果。

此次设计也让我明白了思路即出路，有什么不懂不明白的地方要及时请教或上网查询，只要认真钻研，动脑思考，动手实践，就没有弄不懂的知识，收获颇丰。