[电子工程学] 嵌入式系统bootloader移植及系统调试 .doc
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1、摘 要随着移动设备的流行和发展,嵌入式系统已经成为一个热点。最近的一种趋势是一个功能强大的嵌入式系统通常需要一种操作系统来给予支持,这种操作系统是已经成熟并且稳定的,可以是嵌入式的Linux,WINCE等等。而Bootloader则是嵌入式系统中的一部分。它是嵌入式系统中执行在内核操作系统前的一段代码,它的基本作用就是加载内核镜像;同时在完成基本功能的基础上,它还可以支持硬件模块以完成某些特定功能。Boot Loader 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、建立内存空间的映射图,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
2、准备好正确的环境。 相应地,嵌入式系统的发展也大大促进了嵌入式处理器的普及。其中,ARM技术已经在当今的嵌入式微处理器领域中占据了它的领先地位。众多的半导体厂商都生产基于ARM体系结构的通用微处理芯片,究其原因,它的精简指令构架为主又不放弃与复杂指令平衡的设计,使得在获得高性能的同时又能做到低功耗。关键词:嵌入式系统 ARM BootloaderAbstractWith the prevalence and development of portable facilities, embedded system has been a focus of attention. Recent tren
3、ds have seen a push towards the need for developing embedded systems, able to run with the underlying help of an operating system, which should be advanced and reliable, such as embedded Linux, WINDOWS CE, etc. Bootloader is a part of an embedded system. It is a section of codes executing before ker
4、nel image and is responsible for reloading the kernel image. It also can support specific hardware modules to implement specific functions.Boot Loader is a small operating system kernel operating procedures before the operation. Through this small, but we can initialization hardware equipment, memor
5、y space maps. so that the system hardware and software environment to a suitable state, OS kernel ready for the final call to the correct environment. Accordingly the development of the embedded systems leads to the popularity of microprocessors. The ARM architecture has established itself as one of
6、 the leading microprocessors in todays embedded and portable market. Nowadays most of the semiconductor foundries produce the microprocessors based on ARM architecture. Its simple design founded in RISC principles yet balanced by CISC influence leads to low cost/power cores which offer high performa
7、nce.Key words: embedded systems ARM bootloader目 录摘要IAbstractII绪论11 ARM微处理器概述51.1 ARMAdvanced RISC Machines51.2 ARM微处理器的应用领域及特点51.2.1 ARM微处理器的应用领域51.2.2 ARM微处理器的特点61.3 ARM微处理器系列61.3.1 ARM7微处理器系列71.3.2 ARM9微处理器系列81.3.3 ARM9E微处理器系列81.3.4 ARM10E微处理器系列91.4 ARM的开发步骤92 44b0使用说明112.1 如何调试程序112.1.1 串口调试112.1
8、.2 网口下载122.1.3 参数设置和程序自动装载运行132.2 命令的使用162.3 FLASH操作183 SDT软件篇194 Bootloader的概述274.1 Boot Loader 的概念274.1.1 BootLoader 所支持的 CPU 和嵌入式板274.1.2 BootLoader 的安装媒介274.1.3 用来控制 BootLoader 的设备或机制284.2 BootLoader 的操作模式284.3 BootLoader 与主机之间进行文件传输所用的通信设备及协议294.4 BootLoader 的主要任务294.5 Bootloader 的功能304.6 Bootl
9、oader的启动流程315 程序分析32结论51致谢52参考文献53绪 论嵌入式系统从发展至今已有30年历史,随着电子技术、计算机技术的快速发展,特别是超大规模集成电路的产生,以及微电子工艺水平的不断提高,使嵌入式微控制器技术得到了质的飞跃,从而为嵌入式系统的发展开辟了广阔的天地。1嵌入式系统概述电子计算机诞生于1946年,而使电子计算机迅速得到推广却是在20世纪70年代微处理器的出现。以微处理器为核心的微型计算机以其小型、价廉、高可靠性的特点,迅速发展起来;基于微型机的特性引起控制专业人士的兴趣,设法将其嵌入到一个对象体系中,实现对象体系的智能控制。采嵌入式系统采用“量体裁衣”的方式把所需的
10、功能嵌入到各种应用系统种,它融合了计算机软/硬件技术、通信技术和半导体微电子技术,是Information Technology的最终产品,作为嵌入应用的计算机便有别于通用的计算机了,我们把嵌入到对象体系中,实现对象体系的智能控制的计算机,称作嵌入式计算机系统。目前存在多种嵌入式系统的定义,比较常见的两种定义是:一,根据IEEE的定义:嵌入式系统是“devices used to control,monitor,or assist the operation of equipment,machinery or plants”.二,嵌入式系统是以应用为中心、以计算机为基础、软/硬件可裁剪,功能、
11、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。2嵌入式系统的特点 嵌入式系统是计算机的一种应用,在物理形式上嵌入于宿主系统中作为整个系统的一部分,并不独立存在;在功能上,嵌入式计算机总是针对某种特定应用,所以 嵌入式系统的特点为: (1)嵌入性即嵌入式系统由于是嵌入到对象体系中必须满足对象系统的环境要求;(2)针对性即嵌入式系统为满足对象体系要求的最优软/硬件配置,对自身软/硬件的裁剪,实现特定的功能;(3)计算机系统性即嵌入式系统必须是满足对象系统控制要求的计算机系统。3嵌入式系统的种类 按照上面的嵌入式系统的定义和特性,只要满足其三个特点的计算机系统都可称为嵌入式系统。根据目前嵌入式系
12、统的发展现状,嵌入式系统可分为(1)嵌入式微处理器 嵌入式微处理器的基础是通用计算机中的CPU,在应用中,将微处理器装配在专门设计的电路板上,只保留和嵌入式应用有关的母板功能!,这样可以大幅度减小系统体积和功耗。 为了满足嵌入式应用的特殊要求, 嵌入式微处理器虽然在功能上和标准微处理器基本是一样的,但在工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面一般都做了各种增强。(2)嵌入式微控制器 嵌入式微控制器又称单片机。 嵌入式微控制器一般以某一种微处理器内核为核心,芯片内部集成ROM/EPROM、RAM、总线、 总线逻辑%、定时/计数器、WATCHDOG、I/O、串行口等各种必要功能和外设。为适应不同的应用需
13、求,一般一个系列的单片机具有多种衍生产品,每种衍生产品的处理器内核都是一样的, 不同的是存储器和外设的配置及封装。 和嵌入式微处理器相比,微控制器的最大特点是单片化,体积大大减小,从而使功耗和成本下降、可靠性提高。(3)嵌入式DSP 处理器 DSP处理器对系统结构和指令进行了特殊设计,使其适合于执行DSP算法编译效率较高,指令执行速度也较高.在数字滤波、FFT、频谱分析等方面 DSP 算法正在大量进入嵌入式系统领域! DSP应用正从在通用单片机中以普通指令实现DSP 功能,过渡到采用嵌入式DSP处理器。 (4)嵌入式片上系统 随着EDI 的推广和VLSI 设计的普及化,及半导体工艺的迅速发展,
14、 在一个硅片上实现一个更为复杂的系统的时代已来临,这就是System On Chip(SOC) 用户只需定义出其整个应用系统, 仿真通过后就可以将设计图交给半导体工厂制作样品。 这样除个别无法集成的器件以外,整个嵌入式系统大部分均可集成到一块或几块芯片中去,应用系统电路板将变得很简洁,对于减小体积和功耗、提高可靠性非常有利。4嵌入式系统独立发展道路与应用 单片机的出现开创了嵌入式系统独立发展的道路,嵌入式系统虽然起源于微型计算机时代,然而,微型计算机的体积、价位、可靠性都无法满足广大对象系统的嵌入式应用要求,因此,嵌入式系统必须走独立发展的道路。这条道路就是芯片化道路,从而开创了嵌入式系统独立
15、发展的单片机时代。嵌入式系统的应用 随着嵌入式系统的日趋完善和普及,嵌入式系统的应用正从根本上改变着传统的控制系统设计思想和方法,是对传统的控制技术的一次革命。它不仅应用于通信、网络、金融、交通、医疗、消费电子、仪器仪表、制造业控制等领域;而且应用在航天、航空、军事装备领域。根据嵌入式系统的应用可大致分为以下几个方面:智能产品 智能仪表与集成智能传感器 汽车电子、航空航天器电子系统 测控系统 办公自动化领域 军事领域总之,嵌入式系统的应用前景非常广泛。随着嵌入式系统的日趋完善和普及,嵌入式系统的应用正从根本上改变着传统的控制系统设计思想和方法,是对传统的控制技术的一次革命。它不仅应用于通信、网
16、络、金融、交通、医疗、消费电子、仪器仪表、制造业控制等领域;而且应用在航天、航空、军事装备领域。根据嵌入式系统的应用可大致分为以下几个方面5嵌入式系统的发展趋势为设备网络通信提供标准接口为适应嵌入式分布处理结构和应用上网需求。面向21世纪的嵌入式系统要求配备标准的一种或多种网络通信接口。 针对外部联网要求, 嵌入设备必须配ethemet 网口,相应需要tcp/ip 协议簇软件支持:由于家用电器相互关联(如防盗报警、灯光能源控制、影视设备等)及实验现场仪器的协调工作等要求,新一代嵌入式设备还需具备IEEE1394、USB、CAN、 或IrDA通信接口, 同时也需要提供相应的组网协议软件核物理层驱
17、动软件。(1)支持小型电子设备实现小尺寸、微功耗和低成本 为满足这种特性,要求嵌入式产品设计者相应降低处理器的性能,限内存容量和复用接口芯片,这就相应提高了对嵌入式软件设计技术要求如&:选用最佳的编程模式和不断改进算法,采用EC+编程模式,优化编译器性能。 因此既要软件人员有丰富经验,更需要发展先进嵌入式软件技术如Web和WAP 等。(2)提供精巧的多媒体人机界面 嵌入式设备之所以为亿万用户乐于接受,重要因素之一是他们与使用者之间的亲和力,自然和人机交互界面。 人们与信息终端交互要求以GUI屏幕为中心的多媒体界面。 手写文字输入、语音拨号上网、收发电子邮件以及彩色图形、图像已获得初步成效,一些
18、先进的PDA 在显示屏幕上已实现汉字写入,短信息、语音发布。(3)嵌入式网络 随着信息时代的到来,Internet技术已进入人们日常生活中的各个领域,嵌入式网络应运而生,从而在更好地利用Internet庞大的信息资源的同时,也实现了嵌入式系统功能上的一个飞跃。目前,嵌入式系统和网络已是一种不可分割的结合体。 家电上网和实现远程操作,其意义不仅在于这种网络的出现所产生的经济价值,更在于把家电从个体进入网络,实现了嵌入式系统网络化。1 ARM微处理器概述1.1 ARMAdvanced RISC Machines ARM(Advanced RISC Machines),既可以认为是一个公司的名字,也
19、可以认为是对一类微处理器的通称,还可以认为是一种技术的名字。1991年ARM公司成立于英国剑桥,主要出售芯片设计技术的授权。目前,采用ARM技术知识产权(IP)核的微处理器,即我们通常所说的ARM微处理器,已遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类产品市场,基于ARM技术的微处理器应用约占据了32位RI9SC微处理器75以上的市场份额,ARM技术正在逐步渗入到我们生活的各个方面。ARM公司是专门从事基于RISC技术芯片设计开发的公司,作为知识产权供应商,本身不直接从事芯片生产,靠转让设计许可由合作公司生产各具特色的芯片,世界各大半导体生产商从ARM公司购买其设计的ARM
20、微处理器核,根据各自不同的应用领域,加入适当的外围电路,从而形成自己的ARM微处理器芯片进入市场。目前,全世界有几十家大的半导体公司都使用ARM公司的授权,因此既使得ARM技术获得更多的第三方工具、制造、软件的支持,又使整个系统成本降低,使产品更容易进入市场被消费者所接受,更具有竞争力。1.2 ARM微处理器的应用领域及特点1.2.1 ARM微处理器的应用领域 到目前为止,ARM微处理器及技术的应用几乎已经深入到各个领域: 1、工业控制领域:作为32的RISC架构,基于ARM核的微控制器芯片不但占据了高端微控制器市场的大部分市场份额,同时也逐渐向低端微控制器应用领域扩展,ARM微控制器的低功耗
21、、高性价比,向传统的8位/16位微控制器提出了挑战。 2、无线通讯领域:目前已有超过85%的无线通讯设备采用了ARM技术, ARM以其高性能和低成本,在该领域的地位日益巩固。 3、网络应用:随着宽带技术的推广,采用ARM技术的ADSL芯片正逐步获得竞争优势。此外,ARM在语音及视频处理上行了优化,并获得广泛支持,也对DSP的应用领域提出了挑战。 4、消费类电子产品:ARM技术在目前流行的数字音频播放器、数字机顶盒和游戏机中得到广泛采用。 5、成像和安全产品:现在流行的数码相机和打印机中绝大部分采用ARM技术。手机中的32位SIM智能卡也采用了ARM技术。除此以外,ARM微处理器及技术还应用到许
22、多不同的领域,并会在将来取得更加广泛的应用。1.2.2 ARM微处理器的特点 采用RISC架构的ARM微处理器一般具有如下特点: 1、体积小、低功耗、低成本、高性能; 2、支持Thumb(16位)/ARM(32位)双指令集,能很好的兼容8位/16位器件; 3、大量使用寄存器,指令执行速度更快; 4、大多数数据操作都在寄存器中完成; 5、寻址方式灵活简单,执行效率高; 6、指令长度固定;1.3 ARM微处理器系列 ARM微处理器目前包括下面几个系列,以及其它厂商基于ARM体系结构的处理器,除了具有ARM体系结构的共同特点以外,每一个系列的ARM微处理器都有各自的特点和应用领域。 ARM7系列 A
23、RM9系列 ARM9E系列 ARM10E系列 SecurCore系列 Inter的Xscale Inter的StrongARM其中,ARM7、ARM9、ARM9E和ARM10为4个通用处理器系列,每一个系列提供一套相对独特的性能来满足不同应用领域的需求。SecurCore系列专门为安全要求较高的应用而设计。 以下我们来详细了解一下各种处理器的特点及应用领域。1.3.1 ARM7微处理器系列 ARM7系列微处理器为低功耗的32位RISC处理器,最适合用于对价位和功耗要求较高的消费类应用。ARM7微处理器系列具有如下特点: 具有嵌入式ICERT逻辑,调试开发方便。 极低的功耗,适合对功耗要求较高的
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