【BES2500x系列 -- RTX5操作系统】系统执行流程 -- 引导程序（boot loader）--（十）

news2024/9/9 1:17:46

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  • 💌 所属专栏：【BES2500x系列】

  • 😀 作  者：我是夜阑的狗🐶

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文章目录

  • 前言
  • 1 引导程序（boot loader）
      • 1.1 启动文件
        • 1.1.1 启动加载程序
        • 1.1.2 设置堆栈指针
        • 1.1.3 数据段初始化
        • 1.1.4 调用 main 函数
  • 总结

<<【系列文章索引】>>

前言

  大家好，又见面了，我是夜阑的狗🐶，本文是专栏【BES2500x系列】专栏的第10篇文章;
  今天开始学习BES2500x系列的一天💖💖💖，开启新的征程，记录最美好的时刻🎉，每天进步一点点。
  专栏地址：【BES2500x系列】， 此专栏是我是夜阑的狗对BES2500x系列开发过程的总结，希望能够加深自己的印象，以及帮助到其他的小伙伴😉😉。
  如果文章有什么需要改进的地方还请大佬不吝赐教👏👏。

1 引导程序（boot loader）

  前面学习了嵌入式系统启动的基本流程，可以分为 引导程序 和 系统初始化程序 这两部分，也对一些概念进行了讲解。接下来就来 引导程序 是怎么跑的吧，也就是 boot loader。话不多说，让我们原文再续，书接上回吧。

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1.1 启动文件

  从上一篇文章中可以知道，引导程序一般都是以 汇编语言编写，所以其文件后缀为 .s 文件，在 platform/main 就能看到有这么一个文件：startup_main.S，如下图所示：

在这里插入图片描述

  很明显这个就是 boot loader 的启动文件里，接下来就让我们来看里面具体都干了什么吧，启动文件由汇编编写，是系统上电复位后第一个执行的程序。主要做了以下工作：

  Step 1、配置汇编启动文件
  Step 2、初始化堆栈指针 SP（__initial_sp）；
  Step 3、初始化 PC 指针（Reset_Handler）；
  Step 4、初始化中断向量表（__Vectors）；
  Step 5、配置系统时钟（SystemInit）；
  Step 6、数据段初始化；
  Step 7、一般情况是调用C库函数_main来初始化用户堆栈，从而最终调用main函数去到C的世界；

1.1.1 启动加载程序
  • 代码

  在讲解启动代码的时候，会涉及到 ARM 的汇编指令和 Cortex 内核的指令

    .syntax    unified

    .section .boot_loader, "ax", %progbits
    .thumb
    .thumb_func
    .align  2
    .globl  Boot_Loader
    .type   Boot_Loader, %function
  • 参数/函数讲解

  这段代码是用 ARM 汇编语言编写的启动加载程序（boot loader）。让我们来逐行解释：

序号参数/函数说明
1.syntax unified这是汇编器指示使用统一语法格式的指令
2.section .boot_loader, “ax”, %progbits这条指令定义了一个名为 .boot_loader 的段，属性为可执行（a）和可读（x），内容类型为程序代码（%progbits）
3.thumb该指令告诉汇编器使用Thumb指令集，Thumb是ARM处理器的一种指令集，它可以使得代码更加紧凑
4.thumb_func同上
5.align 2这是对齐指令，确保后续指令在内存中按2字节对齐
6.globl Boot_Loader这是一个全局符号定义指令，声明了一个名为 Boot_Loader 的全局符号，使得它可以在其他文件中访问
7.type Boot_Loader, %function这是类型定义指令，将 Boot_Loader 标记为一个函数
1.1.2 设置堆栈指针
  • 代码

  这段代码的作用是设置堆栈指针，为程序的执行做准备。接下来是函数的实现：

Boot_Loader:
    ldr     r0, =__StackTop
    msr     msp, r0
/* Always use MSP and set privileged mode */
    movs    r0, #0
    msr     control, r0
    isb


#ifndef NO_NVIC_INIT
    bl      NVIC_InitVectors
#endif

#ifndef NO_BOOT_INIT
    bl      BootInit
#endif

#ifndef NO_SYSTEM_INIT
    bl      SystemInit
#endif
  • 参数/函数讲解

  这段代码的作用是在设置好堆栈指针后，进行一些系统的初始化工作，包括设置特权级别、执行启动前初始化钩子、初始化中断向量表、执行启动初始化和系统初始化。条件编译部分根据预定义的宏来选择是否执行相应的初始化操作。

序号参数/函数说明
1ldr r0, =__StackTop这条指令将栈顶地址 __StackTop 的值加载到寄存器 r0 中
2msr msp, r0这条指令将寄存器 r0 中的值（即栈顶地址）写入主堆栈指针寄存器 msp 中，从而设置了栈顶地址
3movs r0, #0这条指令将常数0移动到寄存器 r0 中
4msr control, r0这条指令将寄存器 r0 中的值（即常数0）写入到控制寄存器 control 中，用于设置特权级别。并且决定使用哪一个堆栈指针
5isb这是指令同步栅栏指令，确保在修改特权级别后立即执行。

  接下来是一些条件编译的部分：

序号参数/函数说明
1#ifndef NO_NVIC_INIT这是另一个预处理器指令，用于检查是否没有定义 NO_NVIC_INIT 宏。如果没有定义，那么会调用 NVIC_InitVectors 函数，用于初始化中断向量表。
2#ifndef NO_BOOT_INIT同样是预处理器指令，用于检查是否没有定义 NO_BOOT_INIT 宏。如果没有定义，那么会调用 BootInit 函数，用于执行启动初始化，配置系统时钟
3#ifndef NO_SYSTEM_INIT同样是预处理器指令，用于检查是否没有定义 NO_SYSTEM_INIT 宏。如果没有定义，那么会调用 SystemInit 函数，用于执行系统初始化
1.1.3 数据段初始化
  • 代码
    ldr    r1, =__etext
    ldr    r2, =__data_start__
    ldr    r3, =__data_end__

.L_loop1:
    cmp    r2, r3
    ittt    lt
    ldrlt    r0, [r1], #4
    strlt    r0, [r2], #4
    blt    .L_loop1
  • 参数/函数讲解

  这部分代码执行了数据段的初始化，将程序的只读数据段（.text 段）中的数据复制到RAM中的数据段（.data 段）中。

序号参数/函数说明
1ldr r1, =__etext将只读数据段的结束地址 __etext 加载到寄存器 r1 中
2ldr r2, =__data_start__将RAM中数据段的起始地址 __data_start__ 加载到寄存器 r2 中
3ldr r3, =__data_end__将RAM中数据段的结束地址 __data_end__ 加载到寄存器 r3 中

  然后，使用一个循环（标签 .L_loop1）来逐个复制数据：

序号参数/函数说明
1cmp r2, r3比较寄存器 r2 和 r3 中的值，检查是否到达数据段的结束地址
2ittt lt这是一个条件执行指令，当 lt（小于）条件成立时，执行后续的指令
3ldrlt r0, [r1], #4如果 r2 小于 r3，则从只读数据段中加载一个32位数据到寄存器 r0 中，并递增只读数据段的地址
4strlt r0, [r2], #4如果 r2 小于 r3，则从只读数据段中加载一个32位数据到寄存器 r0 中，并递增只读数据段的地址
5blt .L_loop1如果 r2 小于 r3，则继续循环，否则跳出循环

  这段代码的作用是将只读数据段中的初始化数据复制到 RAM 中的数据段中，以便程序运行时可以修改这些数据。

1.1.4 调用 main 函数
  • 代码
#if defined(__ARMCC_VERSION) && !defined(NOSTD) || defined(NUTTX_BUILD)
    bl    __rt_entry
#else
    bl    _start
#endif

    .pool
    .size    Boot_Loader, . - Boot_Loader

    .end
  • 参数/函数讲解

  这段代码根据条件调用不同的函数作为程序的入口点：如果使用的是 ARMCC 编译器且未定义 NOSTD 宏，或者是 NuttX 构建环境，那么将调用 __rt_entry 函数。否则，将调用 _start 函数。基本到这里上 bootloader 算是完成它的工作了。 然后，使用 .pool 指令和 .size 指令对 Boot_Loader 函数进行处理。

序号参数/函数说明
1.pool这个指令用于池区，是一种链接指令，用于优化分支指令。它的存在告诉链接器将后续的分支指令（例如 bl）尽可能地放在一起
2.size这个指令指定了 Boot_Loader 函数的大小，用于告诉链接器该函数的长度。. Boot_Loader 表示从当前位置到 Boot_Loader 标签之间的距离，即函数的长度。
3.end指明了汇编文件的结束

<<【系列文章索引】>>

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总结

  感谢观看，这里就是 boot loader 引导程序的讲解，如果觉得有帮助，请给文章点个赞吧，让更多的人看到。🌹 🌹 🌹

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  原创不易，还希望各位大佬支持一下，你们的点赞、收藏和留言对我真的很重要！！！💕 💕 💕 最后，本文仍有许多不足之处，欢迎各位认真读完文章的小伙伴们随时私信交流、批评指正！下期再见。🎉

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