ARM7的Bootloader和分散加载文件笔记

Boot Loader概述

简单地说，在操作系统内核运行之前，通过一小程序，可以初始化硬件设备、建立内存空间的映射图等，从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态，以便为最终调用操作系统内核配置好相应的环境，也可以下载文件到系统板上的SDRAM，对Flash进行擦除与编程，这个小程序一般称为Boot Loader。可以说，一个功能完善的Boot Loader已经相当于一个微型的操作系统了。

Boot Loader作为系统复位或上电后首先运行的代码，一般应写入Flash存储器并从起始物理地址0x0开始。Boot Loader是非常依赖于硬件而实现的，而且根据实现的功能不同，其复杂程度也各不相同。一个简单的Boot Loader可以只完成USB口的初始化，而功能完善的Boot Loader可以支持比较复杂的命令集，对系统的软硬件资源进行合理的配置与管理。因此，建立一个通用的Boot Loader 几乎是不可能的。

系统初始化代码直接对ARM微处理器内核及硬件控制器编程，多采用汇编语言编程，初始化代码一般应包括如下典型任务：

1.定义程序入口点；

2.设置异常和中断向量表；

3.初始化存储设备；

4.初始化堆栈指针寄存器；

5.初始化用户执行环境；

6.呼叫主应用程序。

1.1 定义程序入口

初始化代码必须定义整个程序的入口点。通过伪指令Entry指定编译器保留该段代码，同时配合链接器的设置，确定整个程序的入口点。

1.2 设置异常和中断向量表

1.3初始化存储设备

1. 存储器类型和时序的配置

2.存储器的地址分配与地址重映射

一种典型的存储器地址重映射过程描述如下：当系统上电或复位以后，PC指针指向0x0，程序从0x0地址开始执行，因此，为了能正确读取代码，要求此时Flash （或其它类型的ROM）的起始地址为0x0。但Flash（或其它类型的ROM）的访问速度大大低于RAM，每次产生异常后，都要从Flash（或其它类型的ROM）的异常向量表调转到相应的处理程序，会影响异常的响应速度，因此，系统便提供一种灵活的地址重映射方法，在系统完成必要地初始化以后，将RAM安排到0x0

地址处，而将原来位于0x0处的Flash（或其它类型的ROM）安排到其他的地方上去，加快异常的响应速度。

这个过程中最容易出错的地方是如何保证程序执行流程的连续性。因为PC 指针最初在Flash里取指令执行，在进行地址重映射以后，Flash（或其它类型的ROM）被安排到其他地址上去了，而当前地址被安排为RAM，如果事先没有对RAM的内容进行正确地设置，在往下取指令执行就会出错，即程序的连续性被存储器地址重映射这种变化所打断。

常用的处理方法是：先将Flash（或其它类型的ROM）的内容全部复制到RAM 中，然后再进行地址重映射。此时尽管Flash（或其它类型的ROM）和RAM的物理地址发生了变化，但由于RAM中的内容与原来的Flash（或其它类型的ROM）是一样的，PC指针就可以继续取得正确地指令执行，从而保证了程序流程的连续性。

ARM的存储器映射与存储器重映射

arm处理器本身所产生的地址为虚拟地址，每一个arm芯片内都有存储器，而这个芯片内的存储器的地址为物理地址。我们写程序的目的是为了利用芯片内的存储器，因此我们要知道存储器的地址，即物理地址，所以虚拟地址和物理地址之间必然存在一定的转换关系，这就是映射。把虚拟地址按照某种规则转换成物理地址的方法就为存储器映射。物理地址表示了被访问的存储器的位置。存储器映射有两种映射规则--大端映射和小端映射。

存储器映射是指把芯片中或芯片外的FLASH，RAM，外设，BOOTBLOCK等进行统一编址。即用地址来表示对象。这个地址绝大多数是由厂家规定好的，用户只能用而不能改。用户只能在挂外部RAM或FLASH的情况下可进行自定义。

ARM7TDMI的存储器映射可以有0X00000000~0XFFFFFFFF的空间，即4G的映射空间，但所有器件加起来肯定是填不满的。

一般来说， 0X00000000依次开始存放FLASH——0X00000000，SRAM——0X40000000，BOOTBLOCK，外部存储器 0X80000000，VPB（低速外设地址，如GPIO，UART）——0XE0000000，AHB（高速外设：向量中断控制器，外部存储器控制器）——从0XFFFFFFFF回头。他们都是从固定位置开始编址的，而占用空间又不大，如AHB只占2MB，所以从中间有很大部分是空白区域，用户若使用这些空白区域，或者定义野指针，就可能出现取指令中止或者取数据中止。

由于系统在上电复位时要从0X00000000 开始运行，而第一要运行的就是厂家固化在片子里的BOOTBLOCK，这是判断运行哪个存储器上的程序，检查用户代码是否有效，判断芯片是否加密，芯片是否IAP（在应用编程），芯片是否ISP

（在系统编程），所以这个BOOTBLOCK要首先执行。而芯片中的BOOTBLOCK不能放在FLASH的头部，因为那要存放用户的异常向量表的，以便在运行、中断时跳到这来找入口，所以BOOTBLOCK只能放在FLSAH尾部才能好找到，呵呵。而ARM7的各芯片的FLASH大小又不一致，厂家为了BOOTBLOCK在芯片中的位置固定，就在编址的2G靠前编址的位置虚拟划分一个区域作为BOOTBLOCK 区域，这就是重映射，这样访问<2G即<0X80000000的位置时，就可以访问到在FLASH尾部的BOOTBLOCK区了。

BOOTBLOCK运行完就是要运行用户自己写的启动代码了，而启动代码中最重要的就是异常向量表，这个表是放在FLASH的头部首先执行的，而异常向量表中要处理多方面的事情，包括复位、未定义指令、软中断、预取指中止、数据中止、IRQ（中断) ,FIQ (快速中断），而这个异常向量表是总表，还包括许多分散的异常向量表，比如在外部存储器，BOOTBLOCK，SRAM中固化的，不可能都由用户直接定义，所以还是需要重映射把那些异常向量表的地址映到总表中。

为存储器分配地址的过程称为存储器映射，那么什么叫存储器重映射呢？为了增加系统的灵活性，系统中有部分地址可以同时出现在不同的地址上，这就叫做存储器重映射。重映射主要包括引导块“Boot Block”重映射和异常向量表的重映射。

1.引导块“Boot Block”及其重映射

Boot Block是芯片设计厂商在LPC2000系列ARM内部固化的一段代码，用户无法对其进行修改或者删除。这段代码在复位时被首先运行，主要用来判断运行哪个存储器上面的程序，检查用户代码是否有效，判断芯片是否被加密，系统的在应用编程（IAP）以及在系统编程功能（ISP）等。

Boot Block存在于内部Flash，LPC2200系列大小为8kb，它占用了用户的Flash空间，但也有其他的LPC系列不占用FLash空间的，而部分没有内部Flash 空间的ARM处理器仍然存在Boot Block。

重映射的原因：

Boot Block中有些程序可被用户调用，如擦写片内Flash的IAP代码。为了增加用户代码的可移植性，所以最好把Boot Block的代码固定的某个地址上。但由于各芯片的片内Flash大小不尽相同，如果把Boot Block的地址安排在内