嵌入式课程设计报告完整版

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1、目录刖言2一、U-Boot 分析31、引导程序U-Boot第一阶段分析32、引导过程43、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

2、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

3、，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Stage 1和Stage2量大部分，Stagel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Stagel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S

4、3C2410A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Stagel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 /lowle

5、vel_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,cpsrbic r0,r0,#0x1forr r0,r0,#0xd3msr cpsr,r03) 设置控制寄存器地址#if defined(CONFIG_S3C2410A)# define pWTCON 0x1530

6、0000# define INTMSK 0x14400008 /* Interupt-Controller base addresses */# define CLKDIVN 0x14800014 /* clock divisor register */#eli f defined(CONFIG_S3C2410A)# define pWTCON 0x53000000# define INTMSK 0x4A000008 /* Interupt-Controller base addresses */# define INTSUBMSK 0x4A00001C# define CLKDIVN 0x4

7、C000014 /* clock divisor register */#endif4) 设置关闭看门狗：LDR R0, =PwtconMOV R1,#0x0STR 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, #0xffffffffldr r0, =INTMSKstr r1, r0 关闭所有6) 设置MPLLCON,UPLLCON

8、, 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) II defined(CONFIG_S3C2410)ldrr0, =pWTCONmov r1, #0x0strr1, r0 /关闭 watchdogmov r1, #0xffffffffldr r0, =INTMSKstr r1, r0 关闭所有的中断# if defi

9、ned(CONFIG_S3C2410A)ldr r1, =0x3ffldr r0, =INTSUBMSKstr 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

10、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137146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

11、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

12、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

13、就是NOR Flash，否则 就是 NAND Flasho9) 设置堆栈stack_setup:ldr r0, _TEXT_BASEsub r0, r0, #CFG_MALLOC_LENsub r0, r0, #CFG_GBL_DATA_SIZE#ifdef CONFIG_USE_IRQsub r0, r0, #(CONFIG_STACKSIZE_IRQ+CONFIG_STACKSIZE_FIQ)#end ifsub 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：l_LLX1 I5ASLRAMI困

14、MniolLnE)尚! I 琉.域smdk24L0fft直个区域nlw i.t-stEick I瓦域12个亍节低地址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_startIdr r1, _bss_endmov r2, #0x00000000clbss_l:str r2, r0add r0, r0, #4cmp r0, r1ble clbss_l12）跳转到第二阶段代码入口,当程序执行到

15、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_armboot3、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Idr pc, _undefined_instructionI

16、dr pc, _software_interruptldr pc, _prefetch_abortldr pc, _data_abortldr pc, _not_usedldr 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_u

17、sed_irq：_fiq：.word irq.word fiqstack_setup:Idr r0, _TEXT_BASEub r0, r0, #CFG_MALLOC_LENsub r0, r0, #CFG_GBL_DATA_SIZE#ifdef CONFIG_USE_IRQsub r0, r0, #(CONFIG_STACKSIZE_IRQ+CONFIG_STACKSIZE_FIQ)#end ifsub sp, r0, #12B CmainCmainEXPORT DMAINAREA DMAIN, CONE,READONLYIMPOPT CmainENDMain()int a=1;while(

18、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

19、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

20、。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

21、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。