Motorola微处理器的bootloader分析与应用

1、Motorola徹处理器的bootloader分析与应用摘要：以Motorola 32位处理器Coldl;ire5307为例，分析.介绍Motorola公司用于嵌入式系统开发的dBUG通用boot loader 软件的结构.运行原理及应用。关镀词：嵌入式系统ColdFire boot loader dBUG引言 boot loader是用来完成系统启动和系统软件加载工作的程序。它是底层玫件和上层应用软件之问的一个中问件软件， 完成处理器和周边电路正常运行所要的初始化工作；可以屛蔽底层玫件的差异，使上层应用软件的编写和移植更加方便：不仅 具有类似PC机上常用的BIOS（Basic Input O

2、utput System,基本输入.输出系统监控程序）功能，而且还可具有一定的调试功 能。目前，在嵌入式系统开发中有多种bootloader可供选择，其中Motorola公司的名为dBUG的boot loader比较优秀。它可 以移植在Motorola MC68000. ColdFire PowerPC系列所有徵处理器上面，有强大的调试功能.支持单步、下熱 网络更新等： 其良好的软件架构使用户能很方便地修改其代码，扩展新的功能。本文以作者用于网络数据存储的coldfire5307C3#发板为例, 简析其上的dBUG boot loader的结构和运行机制，并给出实际修改X例。1 boot lo

3、ader源码结构（l）boot loader的文件组织dBUG bootloader源代码可以从Motorola公司获得。它是一个X例程序，通过修改相应的巨置文件和处理器相关文件，可以很 方便地移植到不同的处理器系统上。其源码由两个部分组成，一部分是lib项目，另外一部分是毎种Motorola 处理器单独的 处理器项目。比如，ColdFire 5307就使用MCF5307C3项目和lib项目一起来生成最终的dBUG代码。其中lib项目中是与处理 器无关的一些命令或者函数，而每个单独的处理器项目是和每种不同的处理器息息相关的。在编译的时候，首先需要将lib项 目编译生成标准库函数（也就是将一些通

4、用命令和函数先封装起来）。然后，编译MCE5307C3项目，就会将刚才编译的1 ib项目 和MCF5307C3项目结合在一起生成最终代码。整个dBUG boot loader代码的架构比较复杂，其源码按功能可分为3个模块1 ： User Interface ponent. CPI-specific ponente Board-specific ponento用户进入dBUG的目录以后，会看到三个子目录，如图1新示1, 2。02 bootloader启动就揑 第一个目录是bin目录，在该目录下面主要是一个简单的THTP Server软件。TFTP是简单的FTP（文件传输协议）。它是基于 UDP协

5、议的，主要用来下載程序目标代码。 第二个目录是prog目录，下面主要是lib项目和MCF-5307C3项目的项目组织文件和一部分源代码。在prog目录下面的1 ibdbug 目录下，有1 ib项目的项目管理文件1 ibdbug. mep,使用CodeWarrior可以打开该项目文件和编译等。prog目录下面的M5307C3 目录下是ColdFire 5307系统的项目文件，而该目录下的obj目录下是生成的dBUG目标代码。sre目录下是5307项目的项目 管理文件。用户可以使用CodeWarrior,打开M5307C3目录下的/src/dbug/mwerks/m5307c3. mep项目管浬文

6、件来编译代码。 第三个目录是SM目录，是dBCG的主要源代码。综上所述，用户只要打开m5307c3. mcp和libdbug. mcp两个项目文件，即可以看到dBUG所有的源代码。(2) 与处理器和外国硬件配置相关的文件 入口文件：vector. So存有处理器复位初始入口地址、跳转指令及中断矢量表。初始化汇编语言文件：mcfxxxxjo.so 功能为预初始化处理器、调用初始化函数及跳转到main主函数。其中xxxk表示某特定的处理器型号，如5307。初始化C语言文件：Sysinit.Co内含多个初始化函数，功能为初始化处理器及各底层哽件。系统配置文件：Config, h和Bo吐d.h oCo

7、nfig. h设定板上处理器类型和其它模块功能。Board, h设定板上各参数信息，如片外Flash和SDRAM大小、类型.数据宽度和地址X围、划分板上内存空问X国、系统时钟大小、系 统总线速率以及一些其它要用到的系统常量。连接配置文件:Flash, lcfo设定连接时各函数空问地址及内存分配。预包含头文件：mxxxx_mwcrks. h mwerks. h0 两函数被所有的C语言和汇编语言函数包含，它们设定CodeWarrior预处理器所用到的席量和編译器编译选项。2 boot loader运行流程简介boot loader启动流程如图2所示。系统上电复位后，跳到Boot ROM的最低地址处

8、。Boot ROM的开始空问FFE00()00"FFE00400vector, s中的中断矢量表。将表中第一个32位字传给5307的SP,将第二个32位字传给PC,即完成复位中断跳裝。该复位中断跳转到vector, s中的start处。此处仅初始化s然后跳转到mcf5307_lo. s中的asm_startmeup<>该段代码 首先进行部分初始化利真正初始化前的准备工作：禁止Cache.禁止中断和地址蚌换、初始化用户指定的内部模块(MBAR)和内 部SRAM(RAMBAR)起始地址。然后，将SP指向内部SRAM空问，即当调用真正的初始化程序时用内部SRAM的一段地址空问作

9、为 临时堆栈。接下来，调用sysinit.c文件中的外围电路和系统配置的初始化程序mcf5307Jnit()omcf5307_init ()函数顺序调用各个功能的初始化子函数，初始化系统集成模块、并行通用输出输入口.串口 . I2C控制器、DMA 控制器.片选寄存器.SDRAM控制器。当运行完mcf5307_init()后，流程回到asm_startmeup中。此时，外国电路和内部模块 巳按用户要求进行了正确的配置，系统的初始化巳基本完成。于是.将堆栈指针SP指向用户要求的堆栈空问，该堆栈为该板上 的外部SDRAM空问。最后，跳转至main函数。在main中，首先将系统的矢量表从Flash空问

10、拷贝到用户指定的外部SDRAM中。然后，Elash中的data段初值拷贝到 外部SDRAM指定的data空问中，根据配置将外部SDRAM中的bss段清0,之后进行一些系统全局数据结构.参数表等的初始化。 最后，调用mainloop#始人机交互循环：不断接收用户的命令.根据命令查表调用相应的任务函数、在界面上打印出相应的执 行信息。3 boot loader用户应用（1）boot loader的系统移植由于Motorola的dBUG boot loads为一标准的X例程序，要将其移植到具体的嵌入式系统中，还需要根据系统的硬件配置， 修改其部分配置文件和底层接口文件。本文以用于网络数据存借的Col

11、dFire5307C3开发板为例，介绍在其上的dBUG移植过程。 ColdFire5307C3开发板硬件情况：ColdFire5307 32 位处理器.16MB （32 位数据总线）SDRAM, 2MB （16 位数据总线）Flash ROM, 2 CART, 10Mbps （16 位数据总线） 以太网接口。 修改boot loader的处理器和配置相关文件：a. 根据5307处理器手卅及用户需要，修改vector, s中的中断矢量表。b. 根据5307处理器手卅编写mcf5307_lo.s文件。c. 根据板上的硬件配置修改sysinit.c文件，编写相应的硬件初始化函数。d. 根据系统配置修

12、改config, h和board, h文件。e. 报据需要修改mxxxx_nnvciksh和mwerks. h,设定某些编译选项。f. 根据需要修改连接配置文件Flash, lcf.设定连接时目标代码的地址分配。g. 编写相应的硬件驱动，如该板上用到的MBM29LV 160BE70 Flash芯片的驱动程序文件am29xxxx.c和am29 xxxx.h,该板上 用到的网卡芯片的驱动程序文件Ns8390. c以及5307的串口驱动函数等。（2）boot 1 oader 命令简介2dBUG提供了丰富的调试命令： 程序流程控制命令reset（系统重启）.go. exe（用户程序执行）、b】（断点设

13、置）、step（单步）、trace（单步跟入）、gt（运行到）; 内存和寄存器操作命令md.mni（内存查看和修改）、rd、寄存器查看和修改）、bm（内处块移动）.bf （内存块数据填充）、be （内 存块比较）、bs（内存块查找” 指令和数据操作命令de（数据转换）.dis（反汇编）、asm （汇編指令插入）、sym（符号表管理）： 程序下栽命令dl（通过串口下载）、dn（通过网络下載几（3）boot loader用户功能扩展除了 dBUG boot loader本身提供给用户的命令外，用户还希望根据不同的惜况定制自己的命令。如Linux加栽、uC/OS加 载、kermit下载等。一般自己添

14、加的命令都会放在一个单独的C文件里面。为了方便，用户也将自己添加的伶今都放在board, c 文件的最后。例如,用户想要给dBUG添加PC/0S操作系统加裁的功能，除了在dBUG中加上自己的程序加載代码外，还应给dBUG添加 一个名为ucosii的用户命令。这样可以通过在界面上输入命令的形式实现相应的加栽功能。首先应该在board, c里面实现这个 函数：ucos_boot （int argct char argv）而后,应在emds. c文件里面声明这个函数，并在紧接着的UIF_CMD UIF_CMDTAB数组里面声明这个命令的特性和参数。."ucosii" 4.0,0.0,ucos_boot. “Boot uCOS-II from RAMM其中，第一个test字符串是伶令的名称，第二个4表明命令识别的时候要匹史4个字符才行，最后的字符串是help命令 时对test命令的解释。在描述中问的test表明指向的函数名称。这样就很方便地添加了这个用户命令。1结论 综上所述，Motorola公司的dBUG软件由