ARM处理器如何编写Bootloader

前面给大家分享过Bootloader从应用角度执行的相关文章，今天从底层原理来给大家描述ARM处理器如何编写Bootloader，以及底层流程。

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。

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：

staticvoidBootJump(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。

如果还不能理解，建议结合bootloader实际项目进行理解，比如之前给大家分享过的：STM32官方IAP例程详细说明
审核编辑：汤梓红