如何编写ARM处理器的Bootloader

作者 | strongerHuang

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之前从应用的角度给大家分享过Bootloader相关的文章，今天从底层原理来给大家描述ARM处理器如何编写Bootloader。

1关于Bootloader

Bootloader顾名思义就是引导加载程序，是在操作系统或应用程序运行之前的一段程序，是在系统上电后执行的一段程序代码。

BootLoader是严重地依赖于硬件而实现的，特别是在嵌入式平台。因此，在嵌入式平台里建立一个通用的BootLoader几乎是不可能的。尽管如此，我们仍然可以对bootloader归纳出一些通用的概念来，以指导用户特定的BootLoader设计与实现。

---来源百度百科

Bootloader在手机、电脑、众多嵌入式系统中都存在，它的作用有很多，比如：初始化底层应用驱动、加载应用程序、更新应用程序等。

不同的设备，Bootloader可能差异很大，通常来说Bootloader比较依赖底层硬件和实际项目需求。

2如何编写bootloader

bootloader是一段引导加载程序代码，它更新用户的应用程序代码，可以使用很多硬件下载通道（例如USB、网络端口）获得新代码。

在执行引导ROM之后，将执行bootloader程序，并在需要时进行更新，然后执行最终用户应用程序。

引导加载程序和用户应用程序应作为两个独立的Project或Object进行编写和编译，从而产生两个独立且可执行的（bin/hex）文件。

引导加载程序的主要任务是在必要时对用户应用程序进行重新编程/替换，并跳转至用户应用程序以执行该程序，应用程序不一定需要知道引导加载程序的存在。

引导加载程序通常位于芯片闪存基址，下面通过一张图来描述内存和Flash代码映射关系：

有很多方法可以引导bootloader进入编程模式，以将用户应用程序重新编程到Flash中，或者直接跳转到现有的用户应用程序来执行。最简单的方法是检查GPIO引脚以确定是否应进入编程模式。

大多数芯片供应商为用户提供了一种方便的方式，例如 ISP 和 IAP 接口，bootloader将使用它们来更新闪存内容。

当Flash内容已更新或已经是最新时，引导加载程序将跳转到用户应用程序。在执行用户应用程序之前，这需要许多步骤：

1.确保CPU处于特权模式。

2.禁用NVIC中所有启用的中断。

3.禁用所有可能产生中断请求的使能外设，并清除这些外设中的所有未使用中断标志。

4.清除NVIC中所有未使用的中断请求。

5.禁用SysTick并清除其异常挂起位。

6.如果引导加载程序使用了单个故障处理程序，请禁用它们。

7.如果发现内核当前与PSP一起运行，则激活MSP（由于编译器可能仍在使用堆栈，因此在此之前需要将PSP复制到MSP）。

8.将用户应用程序的向量表地址加载到SCB-》 VTOR寄存器中。确保地址符合对齐要求。

9.最后一部分是将MSP设置为用户应用程序向量表中找到的值，然后将用户应用程序的重置向量值加载到PC中，也就是跳转功能。

比如通过调用下面的示例BootJump（）这样的函数来完成此操作：

static void BootJump（uint32_t *Address）{ //1.确保CPU处于特权模式。 if（ CONTROL_nPRIV_Msk & __get_CONTROL（）） { /* not in privileged mode */ EnablePrivilegedMode（） ; } //2.禁用NVIC中所有启用的中断。 Disable_All_Peripherals（）; //3.禁用所有可能产生中断请求的使能外设，并清除这些外设中的所有未使用中断标志。 NVIC-》ICER［ 0 ］ = 0xFFFFFFFF; NVIC-》ICER［ 1 ］ = 0xFFFFFFFF; NVIC-》ICER［ 2 ］ = 0xFFFFFFFF; NVIC-》ICER［ 3 ］ = 0xFFFFFFFF; NVIC-》ICER［ 4 ］ = 0xFFFFFFFF; NVIC-》ICER［ 5 ］ = 0xFFFFFFFF; NVIC-》ICER［ 6 ］ = 0xFFFFFFFF; NVIC-》ICER［ 7 ］ = 0xFFFFFFFF; //4.清除NVIC中所有未使用的中断请求。 NVIC-》ICPR［ 0 ］ = 0xFFFFFFFF; NVIC-》ICPR［ 1 ］ = 0xFFFFFFFF; NVIC-》ICPR［ 2 ］ = 0xFFFFFFFF; NVIC-》ICPR［ 3 ］ = 0xFFFFFFFF; NVIC-》ICPR［ 4 ］ = 0xFFFFFFFF; NVIC-》ICPR［ 5 ］ = 0xFFFFFFFF; NVIC-》ICPR［ 6 ］ = 0xFFFFFFFF; NVIC-》ICPR［ 7 ］ = 0xFFFFFFFF; //5.禁用SysTick并清除其异常挂起位。 SysTick-》CTRL = 0; SCB-》ICSR |= SCB_ICSR_PENDSTCLR_Msk; //

6.如果引导加载程序使用了单个故障处理程序，请禁用它们。 SCB-》SHCSR &= ~（ SCB_SHCSR_USGFAULTENA_Msk | \ SCB_SHCSR_BUSFAULTENA_Msk | \ SCB_SHCSR_MEMFAULTENA_Msk ） ; //7.如果发现内核当前与PSP一起运行，则激活MSP if（ CONTROL_SPSEL_Msk & __get_CONTROL（）） { /* MSP is not active */ __set_MSP（ __get_PSP（）） ; __set_CONTROL（ __get_CONTROL（） & ~CONTROL_SPSEL_Msk）; } //8.将用户应用程序的向量表地址加载到SCB-》 VTOR寄存器中。 SCB-》VTOR = （ uint32_t ）Address ; //9.跳转 BootJumpASM（ Address［ 0 ］， Address［ 1 ］）;}

再次说明bootloader与底层硬件和实际需求有关，以上代码仅供参考，主要是提供思路，方便大家理解。

责任编辑：haq