381-643196-5、381-643196-5

  在嵌入式系统中，映像文件都是存储在Flash存储器等一些非易失性器件中的，而在运行时，映像文件中的RW段必须重新装载到可渎写的RAM中。这就涉及到映像文件的加载时域和运行时域：加载时域就是指映像文件烧入nash中的状态，也就是映像文件运行之前的地址；运行时域是指映像文件执行时的状态，针对本文提到的NandFlash启动方式可以这么理解加载时域与运行时域：加载时域的起始地址从(映射后的内部SRAM处)000000000开始，运行时域的地址从033f00000开始。由于加载时域与运行时域的地址不同，从加载时域到运行时域的转换要由系统引导程序完成，所以VIVI必须进行数据和代码的拷贝及程序跳转工作，以完成从加载时域到运行时域的转换。

    VIVI的拷贝首先要确定拷贝的起始地址和目标地址，还要确定要拷贝多少代码。在此笔者对所搬运代码量进行了改进，下面是改进前的代码：

    <l>ldrr0，=VIVI_RAM_base

    <2>movrl，#Ox0

    <3>movr2，#020000

    <4>blnand_read_ll

    其中：第<1>行：获取VIVI在RAM中的基地址VIVI_RAM_base，也是运行时域的首地址。第<2>行：获取VIVI映像在Flash中的起始地址OxO。第<3>行：获取拷贝的代码量020000。第<4>行：跳转到nand_read_ll函数，它是用C语言写的拷贝函数(略)。此时寄存器rO，rl，r2是传递给函数nand_read_ll的三个参数。

    程序这样设计的缺点是不论VIVI映像有多大，它都会拷贝128KB的代码量，这样造成时间及空间的浪费或者拷贝不完整，为此笔者对上述代码进行改进：

    [1]ldrr0,=VIVI_RAM_base

    [2]ldrr2,=vivi_end

    [3]subr2,r2,r0

    [4]movr2,r2,lsr#9

    [5]movr2,r2,lsr#9

    [6]addr2,r2,#0200

    [7]movr1，#OxO

    [8]blnand_read_ll

    代码中用到了外部变量vivi_end，它是在链接脚本文件中定义的，是VIVI映像运行时域的末地址，在此代码中使用前要用如下语句进行声明：

    ．externvivi_end

    其中：第[l]、[7]、[8]行的解释分别与未改进前的第<l>、<2>、<4>行。第[2]行：获取VIVI映像运行时域的末地址。第[3]行：获取拷贝的真实代码量。第[4]，[5]，[6]行：上文论述到NandFlash是按页进行读写的，本文用到的NandFlash每页有(512+16)Byte，实际用于存储映像文件的是每页的前512Byte。所以需要对上述“真实代码量”进行调整，把它调整为整数页大小，它的大小必须是页对齐的。首先把它的低9位调整为0，即是把代码量不足512Byte的部分清零，然后再加1页(page)大小(Ox200)以保证VlVI数据的完整性，这就是第[4]，[5]，[6]行的作用。对此代码进行改进后，拷贝的代码量更接近实际的代码量，拷贝的冗余代码量不会达到1页(page)的大小。对于其它类型的NandFlash可以根据页的大小进行类似的改进。

    3．3程序的跳转

    针对本文所论及的系统，当系统加电或复位后，首先NandFlash中的前4KB由硬件拷贝到位于040000000处的大小为4KB的内部SRAM中，然后此SRAM被映射到BankO处(Ox00000000)。PC从000000000处取指令执行。当遇到B或BL等跳转指令时，它会跳到当前地址加上一个偏移量的位置，它们属于相对跳转，它们的跳转范围是±32MB，这使得B或BL指令不依赖于代码的存储位置，此时这些地址为加载时域的地址。在嵌入式系统中，还有一种实现长跳转的方式，就是使用ldr指令，它町以实现程序的绝对跳转，跳转范围为4G空间。

    VIVI中实现程序跳转的代码为：

    @jumptorain

    <l>ldrr1．=on_the_ram

    <2>addpc,r1,#O

    <3>1：blb@infiniteloop

    <4>on_the_ram：

    上文提到了加载时域与运行时域的概念，此时第<1>行获取的on_the_ram的地址就是运行时域的地址，此地址由上述链接脚本文件决定，第<2>行跳转到SDRAM中的on_the_ram处。

    为了进一步深入说明程序的跳转，可以利用VIVI的反汇编文件来查看上述代码的反汇编情况。现分别给出此段代码下载时域和运行时域的存储布局。

    下载时域此段代码在内部SRAM中的存储布局为：

    <1>000000dc：e59f1278ldrrl，[pc，#278]；035c

    <2>000000eO：e281f000addpc，rl，#0

    <3>000000e4：eafffffebOxe4

    <4>000000e8<on_the_ram>：

    ...

    <5>00000358：000055aaandeqr5，rO，r10，lsr#ll

    <6>0000035c：33f000e8mvnccsrO．#240

    运行时域此段代码被拷贝到SDRAM中的存储布局：

    [1]33fOOOdc：e59f1278ldrr1，[pc，#278]

    [2]133f000eO：e281f000addpc，rl，#0

    [3]133mooe4：eaffffffebOxe4

    [4]33fOOOe8<on_the_ram>：

    ...

    [5]33f00358：000055aaandeqr5，rO，r10，lsr#11

    [6]33f0035c：33fOOOe8mvnccsrO，#240

    系统加电或复位从基地址000000000运行到上述代码的第<1>行时，r1获得地址00000035c处的值，从第<6>行知道此地址处的值为33f000e8，运行到第<2>行处，进行跳转，由于此时程序映像已经拷贝到SDRAM中，程序就跳到了运行时域此段代码的第[4]行处断续执行下面的程序，从而实现了程序从SRAM到SDRAM的跳转。

    4结语

    BootLoader的设计是嵌入式系统中的重要环节，它为系统的正常启动完成了一系列的初始化工作，设计一个简单高效功能强大的BootLoader是嵌入式系统设计中一项重要工作。

    本文的创新点：<l>深入研究和分析了VIVI如何实现自己拷贝以及拷贝后如何实现程序的跳转，并给出了原理性和实验性的说明；<2>对程序进行了改进，主要体现在拷贝的代码量上及VIVI的链接脚本上，使程序设计更合理。