畢業(yè)論文_基于ARM9的BOOTLOADER啟動設計.doc

長治學院 課程設計報告 課程名稱：課程名稱： 嵌入式系統(tǒng)原理與應用技術(shù)嵌入式系統(tǒng)原理與應用技術(shù) 設計題目設計題目： bootloader 程序設計 系系 別：別： 計算機系 專專 業(yè)：業(yè)： 計算機科學與技術(shù) 組組 別：別： 第 7 組（韓偉偉、王富涌） 學生姓名學生姓名: : 韓偉偉 學學 號號: 08407106 起止日期起止日期: 2011 年 12 月 15 日 - 2011 年 12 月 22 日 指導教師指導教師: 劉麗麗 目錄 第一章 概述.1 1.1 課程設計名稱 1 1.2 課程設計目的 1 1.3 要求 1 第二章 背景分析.1 2.1 bootloader的概念1 2.2 bootloader的主要任務與典型結(jié)構(gòu)框架1 第三章 bootloader 串口驅(qū)動程序的設計 2 4.1 uart 寄存器簡介2 4.2 uart 串口工作原理5 4.3 uart 驅(qū)動程序詳細設計5 第四章 總結(jié).9 參考文獻.10 1 第一章 概述 1.1 課程設計名稱 bootloader 程序設計 1.2 課程設計目的 串口驅(qū)動和網(wǎng)口驅(qū)動程序的設計，可以通過串口或網(wǎng)口接收數(shù)據(jù)或文件， 并且可以寫到 flash 中 1.3 要求 編寫 bootloader 程序 uart.h uart.c 串口驅(qū)動測試程序 main.c 第二章 背景分析 2.1 bootloader 的概念 簡單地說，bootloader 就是在操作系統(tǒng)內(nèi)核運行之前運行的一段小程序。 通過這段小程序，可以初始化硬件設備、建立內(nèi)存空間的映射圖，從而將系統(tǒng) 的軟硬件環(huán)境帶到一個合適的狀態(tài)，以便為最終調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)核準備好正確 的環(huán)境。 2.2 bootloader 的主要任務與典型結(jié)構(gòu)框架 從操作系統(tǒng)的角度看，bootloader 的總目標就是正確地調(diào)用內(nèi)核來執(zhí)行。 另外，由于 bootloader 的實現(xiàn)依賴于 cpu 的體系結(jié)構(gòu)，因此大多數(shù) bootloader 都分為 stage1 和 stage2 兩大部分。依賴于 cpu 體系結(jié)構(gòu)的代碼，比 如設備初始化代碼等，通常都放在 stage1 中，而且通常都用匯編語言來實現(xiàn)， 以達到短小精悍的目的。而 stage2 則通常用 c 語言來實現(xiàn)，這樣可以實現(xiàn)更復 雜的功能，而且代碼會具有更好的可讀性和可移植性。 bootloader 的 stage1 通常包括一下步驟(以執(zhí)行的先后順序)： (1) 硬件設備初始化。 (2) 為加載 bootloader 的 stage2 準備 ram 空間。 2 (3) 復制 bootloader 的 stage2 到 ram 空間中。 (4) 設置好堆棧。 (5) 跳轉(zhuǎn)到 stage2 的 c 入口點。 bootloader 的 stage2 通常包括一下步驟(以執(zhí)行的先后順序)： (1) 初始化本階段要使用的硬件設備。 (2) 檢測系統(tǒng)內(nèi)存映射。 (3) 將 kernel 映像和根文件系統(tǒng)映像從 flash 上獨到 ram 空間中。 (4) 為內(nèi)核設置啟動參數(shù)。 (5) 調(diào)用內(nèi)核。 第三章 bootloader 串口驅(qū)動程序的設計 3.1 uart 寄存器簡介 s3c2440auart 控制器，提供 3 個獨立的異步串行 i/o 端口，每個端口都 可以在中斷模式或 dma 模式下工作。uart 可以產(chǎn)生中斷請求或 dma 請求， 以便在 cpu 和 uart 之間傳輸數(shù)據(jù)。在使用系統(tǒng)時鐘的情況下，uart 可以 支持最高 115.2kbps 的傳輸速率。如果外部設備通過 uextclk 為 uart 提供 時鐘，那么 uart 的傳輸速率可以更高。每個 uart 通道包含兩個用于接收和 發(fā)送數(shù)據(jù)的 16 字節(jié)的 fifo 緩沖寄存器。 由于 uart 是串行異步通信方式，因此在 uart 通信過程中每次只能傳輸 1 位(bit)，若干位組成一個數(shù)據(jù)幀(frame)，幀是 uart 通信中最基本單元，它 主要包含開始位、數(shù)據(jù)位、校驗位(如果開啟了數(shù)據(jù)校驗，要包含校驗位)和停 止位。uart 在通信之前要在發(fā)送端和接受端約定好幀的結(jié)構(gòu)，也就是約定好 傳輸數(shù)據(jù)幀格式。 (1) 開始位：必須包含在數(shù)據(jù)幀中，表示一個幀的開始。 (2) 數(shù)據(jù)位：可選 5、6、7、8 位，該長度可由編程人員指定。 (3) 校驗位：如果在開啟了數(shù)據(jù)校驗時，該位必須指定。 (4) 停止位：可選 1、2 位，該位長度可由編程人員指定。 通信雙方約定好幀格式后，指定同一波特率，以保證雙方數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐健?3 uart 串口驅(qū)動需要設置的寄存器及其具體特性如表 4-1表 4-8 所示： 表 3-1 uart0 串行控制寄存器(ulcon0) 寄存器名地址是否讀寫描述復位默認值 ulcon00x50000000r/w串口 0 串行控制寄存器0x00 ulcon0位描述初始值 保留70 紅外模式6選擇串口 0 是否使用紅外模式： 0 = 正常通信模式 1 = 紅外通信模式 0 校驗模式5:3設置串口 0 在數(shù)據(jù)接收和發(fā)送時采用的校驗方式： 0xx = 無校驗 100 = 奇校驗 101 = 偶校驗 110 = 強制校驗/檢測是否為 1 111 = 強制校驗/檢測是否為 0 000 停止位2設置串口 0 停止位數(shù)： 0 = 每個數(shù)據(jù)幀一個停止位 1 = 每個數(shù)據(jù)幀二個停止位 0 數(shù)據(jù)位1:0設置串口 0 數(shù)據(jù)位數(shù)： 00 = 5 個數(shù)據(jù)位 01 = 6 個數(shù)據(jù)位 10 = 7 個數(shù)據(jù)位 11 = 8 個數(shù)據(jù)位 00 表 3-2 uart0 串口控制寄存器(ucon0) 寄存器名地址是否讀寫描述復位默認值 ucon00x50000004r/w串口 0 控制寄存器0x00 ucon0位描述初始值 fclk 分頻因 子 15:12當 uart0 選擇 fclk 作為時鐘源時，設置其 fclk 的分頻因子 uart0 工作時鐘頻率 = fclk/fclk 分頻因子 + 6 0000 uart 時鐘源 選擇 11:10選擇 uart0 的工作時鐘 pclk,uextclk,fclk/n： 00,10 = pclk 01 = uextclk 11 = fclk/n 00 發(fā)送數(shù)據(jù)中 斷產(chǎn)生類型 9設置 uart0 中斷請求類型，在非 fifo 傳輸模 式下，一旦發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)為空，立即產(chǎn)生中 斷信號，在 fifo 傳輸模式下達到發(fā)送數(shù)據(jù)觸發(fā) 條件時立即產(chǎn)生中斷信號： 0 = 脈沖觸發(fā) 1 = 電平觸發(fā) 0 接收數(shù)據(jù)中 斷產(chǎn)生類型 8設置 uart0 中斷請求類型，在非 fifo 傳輸模 式下，一旦接收到數(shù)據(jù)，立即產(chǎn)生中斷信號， 在 fifo 傳輸模式下達到接收數(shù)據(jù)觸發(fā)條件時立 即產(chǎn)生中斷信號： 0 = 脈沖觸發(fā) 1 = 電平觸發(fā) 0 接收數(shù)據(jù)超 時 7設置當接收數(shù)據(jù)時，如果數(shù)據(jù)超時，是否產(chǎn)生 接收中斷： 0 = 不開啟超時中斷 1 = 開啟超時中斷 0 4 接收數(shù)據(jù)錯 誤中斷 6設置當接收數(shù)據(jù)時，如果產(chǎn)生異常，如傳輸中 止，幀錯誤，校驗錯誤時，是否產(chǎn)生接收中斷： 0 = 不產(chǎn)生錯誤狀態(tài)中斷 1 = 產(chǎn)生錯誤狀態(tài)中斷 0 回送模式5設置該位時 uart 會進入回送模式，該模式僅 用于測試 0 = 正常模式 1 = 回送模式 0 發(fā)送終止信 號 4設置該位時，uart 會發(fā)送一個幀長度的終止 信號，發(fā)送完畢后，該位自動恢復為 0 0 = 正常傳輸 1 = 發(fā)送終止信號 0 發(fā)送模式3:2設置采用哪個方式執(zhí)行數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖區(qū) 00 = 無效 01 = 中斷請求或查詢模式 10 = dma0 請求 00 接收模式1:0設置采用哪個方式執(zhí)行數(shù)據(jù)寫入接收緩沖區(qū) 00 = 無效 01 = 中斷請求或查詢模式 10 = dma0 請求 0 表 3-3 uart fifo 控制寄存器(ufcon0) 寄存器名地址是否讀寫描述復位默認值 ufcon00x50000008r/w串口 0 fifo 控制寄存器0x00 ufcon0位描述初始值 發(fā)送數(shù)據(jù) 觸發(fā)級別 7:6設置 fifo 發(fā)送模式的觸發(fā)級別： 00 = fifo 為空觸發(fā) 01 = 16 字節(jié)觸發(fā) 10 = 32 字節(jié)觸發(fā) 11 = 48 字節(jié)觸發(fā) 0 接收數(shù)據(jù) 觸發(fā)級別 5:4設置 fifo 接收模式的觸發(fā)級別： 00 = fifo 為空觸發(fā) 01 = 16 字節(jié)觸發(fā) 10 = 32 字節(jié)觸發(fā) 11 = 48 字節(jié)觸發(fā) 00 保留30 發(fā)送 fifo 重置2在重置 fifo 后自動清除發(fā)送緩沖區(qū) 0 = 正常模式 1 = 自動清除 0 接收 fifo 重置1在重置 fifo 后自動清除接收緩沖區(qū) 0 = 正常模式 1 = 自動清除 0 啟用 fifo00 = 不啟用 fifo 1 = 啟用 fifo0 表 3-4 uart modem 控制寄存器(umcon0) 寄存器名地址是否讀寫描述復位默 認值 umcon00x5000000cr/w串口 0 modem 控制寄存器0x00 umcon0位描述初始值 保留7:5必須全部置 00 afc 自動 流控 40 = 不開啟流控 1 = 開啟流控0 保留3:1必須全部置 0000 5 請求發(fā)送0如果啟用 afc，該位無效，s3c2440a 會自動控制 nrts，如果不啟用 afc，nrts 必須由軟件控制 0 = 高電平激活 nrts 1 = 低電平激活 nrts 0 表 3-5 uart 發(fā)送/接收狀態(tài)寄存器(utrstat0) 寄存器名地址是否讀寫描述復位默認 值 utrstat00x50000010r/w串口 0 發(fā)送/接收狀態(tài)寄存器0x06 utrstat0位描述初始值 發(fā)送器為 空 2當發(fā)送緩存寄存器中沒有數(shù)據(jù)要發(fā)送且發(fā)送移位寄 存器為空時，自動置 1 0 = 非空 1 = 發(fā)送器為空 1 發(fā)送緩存 寄存器為 空 1當發(fā)送緩存寄存器為空時，自動置 1 0 = 發(fā)送緩存寄存器非空 1 = 發(fā)送緩存寄存器為空 1 接收緩存 寄存器為 空 0當接收緩存寄存器有數(shù)據(jù)到達是，自動置 1 0 = 接收緩存寄存器為空 1 = 緩存寄存器接收數(shù)據(jù) 0 表 3-6 uart 發(fā)送緩存寄存器(utxh0) 寄存器名地址是否讀寫描述復位默認值 utxh00x50000020(l) 0x50000023(b ) w串口 0 發(fā)送緩存寄存器 表 3-7 uart 接收緩存寄存器(urxh0) 寄存器名地址是否讀寫描述復位默認值 urxh00x50000024(l) 0x50000027(b ) r串口 0 接收緩存寄存器 表 3-8 uart 比特率除數(shù)寄存器(ubrdiv0) 寄存器名地址是否讀寫描述復位默認值 ubrdiv00x5000002 8 r/w串口 0 比特率除數(shù)寄存器0x00 ubrdiv0位描述初始值 比特率除數(shù)15:0設置比特率除數(shù)(大于 0)使用外部輸 入時可以置 0 3.2 uart 串口工作原理 每個 uart 包含一個波特率產(chǎn)生器、發(fā)送器、接收器和一個控制單元。 波特率發(fā)生器的時鐘可以由 pclk 或 uextclk 提供。發(fā)送器和接收器包 含 64 字節(jié)的 fifo 緩沖寄存器和數(shù)據(jù)移位器。發(fā)送時，數(shù)據(jù)被寫入 fifo，然后 拷貝到發(fā)送移位器中(1 字節(jié)大小)，接下來數(shù)據(jù)通過發(fā)送數(shù)據(jù)引腳(txdn)被發(fā)送。 6 接收時，接收到的數(shù)據(jù)從接收數(shù)據(jù)引腳(rxdn)移入，然后從移位器(1 字節(jié)大小) 拷貝到 fifo 中。 3.3 uart 驅(qū)動程序詳細設計 uart 驅(qū)動程序設計到的函數(shù)主要有初始化函數(shù)、串口發(fā)送字節(jié)函數(shù)、串 口發(fā)送字符串函數(shù)、串口接收字節(jié)函數(shù) 新建 uart.h 頭文件，編寫代碼如下： #ifndef _uart_h #define _uart_h /串口寄存器宏定義 #define rulcon0 (*(volatile unsigned long *)0x50000000) #define rucon0 (*(volatile unsigned long *)0x50000004) #define rufcon0 (*(volatile unsigned long *)0x50000008) #define rumcon0 (*(volatile unsigned long *)0x5000000c) #define rutrstat0 (*(volatile unsigned long *)0x50000010) #define rutxh0 (*(volatile unsigned long *)0x50000020) #define rurxh0 (*(volatile unsigned long *)0x50000024) #define rubrdiv0 (*(volatile unsigned long *)0x50000028) #define rgphcon (*(volatile unsigned long *)0x56000070) #define rgphdat (*(volatile unsigned long *)0x56000074) #define rgphup (*(volatile unsigned long *)0x56000078) extern int uart_select(uint8 no); extern void uart_init(void); extern void uart_sendbyte(uint8 data); extern void uart_sendstr(char const *str); extern int uart_getkey(void); #endif 新建 uart.c 文件，用于具體實現(xiàn)上述函數(shù)，代碼如下： #include “config.h“ /串口初始化函數(shù) 7 void uart_init(void) int i; rgphup = rgphup | (0x032); rgphcon = (rgphcon rufcon0 = 0x00; / 禁止 fifo 功能 rumcon0 = 0x00; / afc(流控制)禁能 rulcon0 = 0x03; / 禁止 irda，無奇偶校驗，1 位停止位，8 位數(shù)據(jù) 位 rucon0 = 0x245; / 使用 pclk 來生成波特率，發(fā)送中斷為電平觸發(fā) 模式，接收中斷為邊沿觸發(fā)模式，禁止接收超時中斷，使能接收錯誤中斷， 正常工作模式，中斷或查詢方式(非 dma) rubrdiv0=(int)(pclk/16.0/uart_bps + 0.5) -1; / 串口波特率設置 for(i=0;i100;i+); /串口發(fā)送字節(jié)函數(shù) void uart_sendbyte(uint8 data) int i; while(!(rutrstat0 / 等待發(fā)送器為空 for(i=0; i10; i+); rutxh0 = data;/ 發(fā)送數(shù)據(jù) /串口發(fā)送字符串函數(shù) void uart_sendstr(char const *str) while(*str != 0) if(*str = n) uart_sendbyte(r); 8 uart_sendbyte(*str+);/ 發(fā)送數(shù)據(jù) /串口接收字節(jié)函數(shù) int uart_getkey(void) int i; while(!(rutrstat0 for(i=0; i10; i+); return(rurxh0); 編寫 main.c，內(nèi)容如下: int main(void) char cmd20; uint8 rece256; memset(cmd,0,20); uart_select(0); uart_init(); clk_init(); delayns(10); uart_sendstr(“串口初始化完成!rn“); uart_sendstr(“時鐘初始化完成!rn“); while(1) memset(cmd,0,20); uart_receive(cmd); /uart_sendstr(cmd); if(memcmp(cmd,“exit“,4) = 0) break; 9 uart_sendstr(“rngood bye!rn“); return 0; 第四章 總結(jié) 課程設計是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識,發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實際問題, 鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程.隨著 科