毕业论文_基于ARM9的BOOTLOADER启动设计.doc

长治学院 课程设计报告 课程名称：课程名称： 嵌入式系统原理与应用技术嵌入式系统原理与应用技术 设计题目设计题目： bootloader 程序设计 系系 别：别： 计算机系 专专 业：业： 计算机科学与技术 组组 别：别： 第 7 组（韩伟伟、王富涌） 学生姓名学生姓名: : 韩伟伟 学学 号号: 08407106 起止日期起止日期: 2011 年 12 月 15 日 - 2011 年 12 月 22 日 指导教师指导教师: 刘丽丽 目录 第一章 概述.1 1.1 课程设计名称 1 1.2 课程设计目的 1 1.3 要求 1 第二章 背景分析.1 2.1 bootloader的概念1 2.2 bootloader的主要任务与典型结构框架1 第三章 bootloader 串口驱动程序的设计 2 4.1 uart 寄存器简介2 4.2 uart 串口工作原理5 4.3 uart 驱动程序详细设计5 第四章 总结.9 参考文献.10 1 第一章 概述 1.1 课程设计名称 bootloader 程序设计 1.2 课程设计目的 串口驱动和网口驱动程序的设计，可以通过串口或网口接收数据或文件， 并且可以写到 flash 中 1.3 要求 编写 bootloader 程序 uart.h uart.c 串口驱动测试程序 main.c 第二章 背景分析 2.1 bootloader 的概念 简单地说，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，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准备好正确 的环境。 2.2 bootloader 的主要任务与典型结构框架 从操作系统的角度看，bootloader 的总目标就是正确地调用内核来执行。 另外，由于 bootloader 的实现依赖于 cpu 的体系结构，因此大多数 bootloader 都分为 stage1 和 stage2 两大部分。依赖于 cpu 体系结构的代码，比 如设备初始化代码等，通常都放在 stage1 中，而且通常都用汇编语言来实现， 以达到短小精悍的目的。而 stage2 则通常用 c 语言来实现，这样可以实现更复 杂的功能，而且代码会具有更好的可读性和可移植性。 bootloader 的 stage1 通常包括一下步骤(以执行的先后顺序)： (1) 硬件设备初始化。 (2) 为加载 bootloader 的 stage2 准备 ram 空间。 2 (3) 复制 bootloader 的 stage2 到 ram 空间中。 (4) 设置好堆栈。 (5) 跳转到 stage2 的 c 入口点。 bootloader 的 stage2 通常包括一下步骤(以执行的先后顺序)： (1) 初始化本阶段要使用的硬件设备。 (2) 检测系统内存映射。 (3) 将 kernel 映像和根文件系统映像从 flash 上独到 ram 空间中。 (4) 为内核设置启动参数。 (5) 调用内核。 第三章 bootloader 串口驱动程序的设计 3.1 uart 寄存器简介 s3c2440auart 控制器，提供 3 个独立的异步串行 i/o 端口，每个端口都 可以在中断模式或 dma 模式下工作。uart 可以产生中断请求或 dma 请求， 以便在 cpu 和 uart 之间传输数据。在使用系统时钟的情况下，uart 可以 支持最高 115.2kbps 的传输速率。如果外部设备通过 uextclk 为 uart 提供 时钟，那么 uart 的传输速率可以更高。每个 uart 通道包含两个用于接收和 发送数据的 16 字节的 fifo 缓冲寄存器。 由于 uart 是串行异步通信方式，因此在 uart 通信过程中每次只能传输 1 位(bit)，若干位组成一个数据帧(frame)，帧是 uart 通信中最基本单元，它 主要包含开始位、数据位、校验位(如果开启了数据校验，要包含校验位)和停 止位。uart 在通信之前要在发送端和接受端约定好帧的结构，也就是约定好 传输数据帧格式。 (1) 开始位：必须包含在数据帧中，表示一个帧的开始。 (2) 数据位：可选 5、6、7、8 位，该长度可由编程人员指定。 (3) 校验位：如果在开启了数据校验时，该位必须指定。 (4) 停止位：可选 1、2 位，该位长度可由编程人员指定。 通信双方约定好帧格式后，指定同一波特率，以保证双方数据传输的同步。 3 uart 串口驱动需要设置的寄存器及其具体特性如表 4-1表 4-8 所示： 表 3-1 uart0 串行控制寄存器(ulcon0) 寄存器名地址是否读写描述复位默认值 ulcon00x50000000r/w串口 0 串行控制寄存器0x00 ulcon0位描述初始值 保留70 红外模式6选择串口 0 是否使用红外模式： 0 = 正常通信模式 1 = 红外通信模式 0 校验模式5:3设置串口 0 在数据接收和发送时采用的校验方式： 0xx = 无校验 100 = 奇校验 101 = 偶校验 110 = 强制校验/检测是否为 1 111 = 强制校验/检测是否为 0 000 停止位2设置串口 0 停止位数： 0 = 每个数据帧一个停止位 1 = 每个数据帧二个停止位 0 数据位1:0设置串口 0 数据位数： 00 = 5 个数据位 01 = 6 个数据位 10 = 7 个数据位 11 = 8 个数据位 00 表 3-2 uart0 串口控制寄存器(ucon0) 寄存器名地址是否读写描述复位默认值 ucon00x50000004r/w串口 0 控制寄存器0x00 ucon0位描述初始值 fclk 分频因 子 15:12当 uart0 选择 fclk 作为时钟源时，设置其 fclk 的分频因子 uart0 工作时钟频率 = fclk/fclk 分频因子 + 6 0000 uart 时钟源 选择 11:10选择 uart0 的工作时钟 pclk,uextclk,fclk/n： 00,10 = pclk 01 = uextclk 11 = fclk/n 00 发送数据中 断产生类型 9设置 uart0 中断请求类型，在非 fifo 传输模 式下，一旦发送数据缓冲区为空，立即产生中 断信号，在 fifo 传输模式下达到发送数据触发 条件时立即产生中断信号： 0 = 脉冲触发 1 = 电平触发 0 接收数据中 断产生类型 8设置 uart0 中断请求类型，在非 fifo 传输模 式下，一旦接收到数据，立即产生中断信号， 在 fifo 传输模式下达到接收数据触发条件时立 即产生中断信号： 0 = 脉冲触发 1 = 电平触发 0 接收数据超 时 7设置当接收数据时，如果数据超时，是否产生 接收中断： 0 = 不开启超时中断 1 = 开启超时中断 0 4 接收数据错 误中断 6设置当接收数据时，如果产生异常，如传输中 止，帧错误，校验错误时，是否产生接收中断： 0 = 不产生错误状态中断 1 = 产生错误状态中断 0 回送模式5设置该位时 uart 会进入回送模式，该模式仅 用于测试 0 = 正常模式 1 = 回送模式 0 发送终止信 号 4设置该位时，uart 会发送一个帧长度的终止 信号，发送完毕后，该位自动恢复为 0 0 = 正常传输 1 = 发送终止信号 0 发送模式3:2设置采用哪个方式执行数据写入发送缓冲区 00 = 无效 01 = 中断请求或查询模式 10 = dma0 请求 00 接收模式1:0设置采用哪个方式执行数据写入接收缓冲区 00 = 无效 01 = 中断请求或查询模式 10 = dma0 请求 0 表 3-3 uart fifo 控制寄存器(ufcon0) 寄存器名地址是否读写描述复位默认值 ufcon00x50000008r/w串口 0 fifo 控制寄存器0x00 ufcon0位描述初始值 发送数据 触发级别 7:6设置 fifo 发送模式的触发级别： 00 = fifo 为空触发 01 = 16 字节触发 10 = 32 字节触发 11 = 48 字节触发 0 接收数据 触发级别 5:4设置 fifo 接收模式的触发级别： 00 = fifo 为空触发 01 = 16 字节触发 10 = 32 字节触发 11 = 48 字节触发 00 保留30 发送 fifo 重置2在重置 fifo 后自动清除发送缓冲区 0 = 正常模式 1 = 自动清除 0 接收 fifo 重置1在重置 fifo 后自动清除接收缓冲区 0 = 正常模式 1 = 自动清除 0 启用 fifo00 = 不启用 fifo 1 = 启用 fifo0 表 3-4 uart modem 控制寄存器(umcon0) 寄存器名地址是否读写描述复位默 认值 umcon00x5000000cr/w串口 0 modem 控制寄存器0x00 umcon0位描述初始值 保留7:5必须全部置 00 afc 自动 流控 40 = 不开启流控 1 = 开启流控0 保留3:1必须全部置 0000 5 请求发送0如果启用 afc，该位无效，s3c2440a 会自动控制 nrts，如果不启用 afc，nrts 必须由软件控制 0 = 高电平激活 nrts 1 = 低电平激活 nrts 0 表 3-5 uart 发送/接收状态寄存器(utrstat0) 寄存器名地址是否读写描述复位默认 值 utrstat00x50000010r/w串口 0 发送/接收状态寄存器0x06 utrstat0位描述初始值 发送器为 空 2当发送缓存寄存器中没有数据要发送且发送移位寄 存器为空时，自动置 1 0 = 非空 1 = 发送器为空 1 发送缓存 寄存器为 空 1当发送缓存寄存器为空时，自动置 1 0 = 发送缓存寄存器非空 1 = 发送缓存寄存器为空 1 接收缓存 寄存器为 空 0当接收缓存寄存器有数据到达是，自动置 1 0 = 接收缓存寄存器为空 1 = 缓存寄存器接收数据 0 表 3-6 uart 发送缓存寄存器(utxh0) 寄存器名地址是否读写描述复位默认值 utxh00x50000020(l) 0x50000023(b ) w串口 0 发送缓存寄存器 表 3-7 uart 接收缓存寄存器(urxh0) 寄存器名地址是否读写描述复位默认值 urxh00x50000024(l) 0x50000027(b ) r串口 0 接收缓存寄存器 表 3-8 uart 比特率除数寄存器(ubrdiv0) 寄存器名地址是否读写描述复位默认值 ubrdiv00x5000002 8 r/w串口 0 比特率除数寄存器0x00 ubrdiv0位描述初始值 比特率除数15:0设置比特率除数(大于 0)使用外部输 入时可以置 0 3.2 uart 串口工作原理 每个 uart 包含一个波特率产生器、发送器、接收器和一个控制单元。 波特率发生器的时钟可以由 pclk 或 uextclk 提供。发送器和接收器包 含 64 字节的 fifo 缓冲寄存器和数据移位器。发送时，数据被写入 fifo，然后 拷贝到发送移位器中(1 字节大小)，接下来数据通过发送数据引脚(txdn)被发送。 6 接收时，接收到的数据从接收数据引脚(rxdn)移入，然后从移位器(1 字节大小) 拷贝到 fifo 中。 3.3 uart 驱动程序详细设计 uart 驱动程序设计到的函数主要有初始化函数、串口发送字节函数、串 口发送字符串函数、串口接收字节函数 新建 uart.h 头文件，编写代码如下： #ifndef _uart_h #define _uart_h /串口寄存器宏定义 #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，用于具体实现上述函数，代码如下： #include “config.h“ /串口初始化函数 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，无奇偶校验，1 位停止位，8 位数据 位 rucon0 = 0x245; / 使用 pclk 来生成波特率，发送中断为电平触发 模式，接收中断为边沿触发模式，禁止接收超时中断，使能接收错误中断， 正常工作模式，中断或查询方式(非 dma) rubrdiv0=(int)(pclk/16.0/uart_bps + 0.5) -1; / 串口波特率设置 for(i=0;i100;i+); /串口发送字节函数 void uart_sendbyte(uint8 data) int i; while(!(rutrstat0 / 等待发送器为空 for(i=0; i10; i+); rutxh0 = data;/ 发送数据 /串口发送字符串函数 void uart_sendstr(char const *str) while(*str != 0) if(*str = n) uart_sendbyte(r); 8 uart_sendbyte(*str+);/ 发送数据 /串口接收字节函数 int uart_getkey(void) int i; while(!(rutrstat0 for(i=0; i10; i+); return(rurxh0); 编写 main.c，内容如下: 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(“时钟初始化完成!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 总结 课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题, 锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.随着 科