嵌入式课程设计报告完整版.docx
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嵌入式课程设计报告完整版
目录
前言2
一、U-Boot分析3
1、引导程序U-Boot第一阶段分析3
2、引导过程4
3、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ARM7TDMIcore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，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Stage1和Stage2量大部分，Stage1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
Stage1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NADAFLASH自动加载到SDRAM中，它包括S3C2410A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Stage1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
/lowlevel_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；
mrsr0,cpsr
bicr0,r0,#0x1f
orrr0,r0,#0xd3
msrcpsr,r0
3）设置控制寄存器地址
#ifdefined（CONFIG_S3C2410A）
#definepWTCON0x15300000
#defineINTMSK0x14400008/*Interupt-Controllerbaseaddresses*/
#defineCLKDIVN0x14800014/*clockdivisorregister*/
#elifdefined（CONFIG_S3C2410A）
#definepWTCON0x53000000
#defineINTMSK0x4A000008/*Interupt-Controllerbaseaddresses*/
#defineINTSUBMSK0x4A00001C
#defineCLKDIVN0x4C000014/*clockdivisorregister*/
#endif
4）设置关闭看门狗：
LDRR0,=Pwtcon
MOVR1,#0x0
STRR1,[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。
movr1,#0xffffffff
ldrr0,=INTMSK
strr1,[r0]//关闭所有
6）设置MPLLCON,UPLLCON,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。
#ifdefined（CONFIG_S3C2410A）||defined（CONFIG_S3C2410）
ldrr0,=pWTCON
movr1,#0x0
strr1,[r0]//关闭watchdog
movr1,#0xffffffff
ldrr0,=INTMSK
strr1,[r0]//关闭所有的中断
#ifdefined（CONFIG_S3C2410A）
ldrr1,=0x3ff
ldrr0,=INTSUBMSK
strr1,[r0]//关闭所有的中断
#endif
/*FCLK:
HCLK:
PCLK=1:
2:
4*/
/*defaultFCLKis120MHz!
*/
//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NANDFlash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137~146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NORFlash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NORFlash中，因此还需要在NORFlash中读取数据到RAM中。
由于NORFlash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NORFlash启动的，所以要修改现在U-Boot的NORFlash和NANDFlash上就能启动了。
而U-Boot的启动可能是在NANDFlash启动或NORFlash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NORFlash还是从NANDFlash启动，地址0处为U-Boot的第一条指令“bstart_code”，对于从NANDFlash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NORFlash启动的情况，NORFlash的开始地址即为0，必须通过一定的命令序列才能向NORFlash中写数据，所以可以根据这点差别来分辨是从NANDFlash还是NORFlash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就是NORFlash，否则就是NANDFlash。
9）设置堆栈
stack_setup:
ldrr0,_TEXT_BASE
subr0,r0,#CFG_MALLOC_LEN
subr0,r0,#CFG_GBL_DATA_SIZE
#ifdefCONFIG_USE_IRQ
subr0,r0,#（CONFIG_STACKSIZE_IRQ+CONFIG_STACKSIZE_FIQ）
#endif
subsp,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：
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:
ldrr0,_bss_start
ldrr1,_bss_end
movr2,#0x00000000
clbss_l:
strr2,[r0]
addr0,r0,#4
cmpr0,r1
bleclbss_l
12）跳转到第二阶段代码入口,当程序执行到ldrpc,_start_armboot跳转指令时跳转到第二阶段代码入口start_armboot处。
ldrpc,_start_armboot//跳转到_start_armboot处执行。
_start_armboot:
.wordstart_armboot
3、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:
breset//复位向量
ldrpc,_undefined_instruction
ldrpc,_software_interrupt
ldrpc,_prefetch_abort
ldrpc,_data_abort
ldrpc,_not_used
ldrpc,_irq//中断向量
ldrpc,_fiq//快速中断向量
_undefined_instruction:
.wordundefined_instruction
_software_interrupt:
.wordsoftware_interrupt
_prefetch_abort:
.wordprefetch_abort
_data_abort:
.worddata_abort
_not_used:
.wordnot_used
_irq:
.wordirq
_fiq:
.wordfiq
stack_setup:
ldrr0,_TEXT_BASE
ubr0,r0,#CFG_MALLOC_LEN
subr0,r0,#CFG_GBL_DATA_SIZE
#ifdefCONFIG_USE_IRQ
subr0,r0,#（CONFIG_STACKSIZE_IRQ+CONFIG_STACKSIZE_FIQ）
#endif
subsp,r0,#12
BCmain
Cmain
EXPORTDMAIN
AREADMAIN,CONE,READONLY
IMPOPTCmain
END
Main（）
{
inta=1;
while（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。
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。
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