目录
一、bootloader的任务
二、bootloader开发的基础知识
段的概念
重定位的概念
散列文件的概念
异常向量(待补充)
三、最简单的bootloader程序
四、使用汇编跳转
五、备注
一、bootloader的任务
本系列笔记主要记录我学习汽车电子的bootloader程序开发中做的笔记,我学习的芯片是英飞凌的aurix系列的tc377,tc234,tc222,这主要是涉及到两块的东西,驱动程序和协议栈(我学习的是uds协议),前面几篇笔记是我学习的stm32的bootloader。
bootloader的目的是OTA,即为了给板子上面的程序(app)进行升级,这个是bootloader的主要任务。ps:一般不会对bootloader本身进行更新。
![](https://img-blog.csdnimg.cn/763e976643264227b07d12b03881b3ec.png)
有的程序中有双bootloader的设计,不过需要有硬件支持,比如板子上有rom空间,一上电后先执行rom中的程序,然后到指定的flash位置去判断执行哪一个bootloader,如果没有硬件支持,一上电就会只去第一个bootloader的位置执行程序,第二个bootloader就失去了意义。
Linux中的bootloader程序的任务有,1、初始化硬件:比如设置时钟、初始化内存;2、启动内核:从flash读出内核,存入内存,给内核设置参数,启动内核;3、调试作用:在开发产品时经常需要调试内核,使用bootloader可以方便地更新内核。
单片机以stm32f103使用keil举例,假设我们要把程序下载到0x08040000中去,那么我们单击下载后,程序就会被下载到这个地址中去。
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二、bootloader开发的基础知识
这里有4个基础概念,需要我们了解了解,段的概念,重定位的概念,散列文件的概念,异常向量的概念。
段的概念
const修饰的全局变量和没有修饰的全局变量是有区别的,用const修饰过的变量是常量,会保存在rom中,没有用const修饰过的变量保存在ram中,对于stmf103来说就是,下图中的两个空间。
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我们需要在设置完sp指针后(即第一条语句之后),进入main函数之前,应该要重定位,重定位分为两块,一是代码,代码可以放在rom上面运行;二是数据(可读可写的数据),我们要把rom上面定义为可读可写的数据复制到ram上面去。
所以我们的程序可以分为几个段:
重定位的概念
- 保存在rom上的全局变量的值,在使用前要复制到内存,这就是数据段重定位。
- 想把代码移动到其他位置,这就是代码重定位。
- 重定位的本质就是移动数据
散列文件的概念
把代码段、只读数据段、数据段,移动到它的链接地址处,也就是复制。
我们需要注意,对于数据复制来说三要数是,源,目的,长度,
- 数据保存在哪里?加载地址
- 数据要复制在哪里?加载地址
- 长度
在keil中使用散列文件来描述这些信息,分散排列,在STM32F103这类资源紧缺的单片机芯片中,代码段保存在Flash上,直接在Flash上运行(当然也可以重定位到内存),数据段保存在Flash上,使用前被复制到内存上。
![](https://img-blog.csdnimg.cn/cf8f90971e5748ba9e39862cdbc9aa5b.png)
可以从上面的图片中分析出三要素来,在加载域中有两个可执行域,第一个可执行域的源地址是0x0800 0000,目的是0x0800 0000,长度则是由这个可执行域中的所有具体文件大小之后决定的;第二个可执行域的源地址是紧随第一个之后,目的是0x2000 0000,长度则是由这个可执行域中的所有具体文件大小之后决定的。简述就是,要把可读可写的数据复制到内存ram上面去。
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异常向量(待补充)
如果板子上面有bootloader程序,同时板子的ram 内存比较大,那么我们可以把应用程序放在外部的flash,bootloader放在内部flash,这样的设计,cpu的地址线和数据线可以访问到内部的flash、ram、spi控制器等等,而没办法直接访问到外部flash。
对于stm32来说,startup文件是bootloader程序的一部分。
看门狗会监控整个系统,如果系统崩溃,没人设置看门狗的话,看门狗会让整个程序复位。
bootloader获得新的app程序时,同时也会获得校验码,bootloader会对app程序重新计算校验码,校验码一样表示获得了正常的app。
bootloader做好以后可以使用串口升级,可以使用蓝牙升级,也可以使用can总线升级。
三、最简单的bootloader程序
第一种是最简单的bootloader,如果bootloader和app都在烧写在内部flash内存里面,app也在flash上直接运行,那么bootloader可以直接跳转到app的地址里面去执行程序,下面是c语言的版本。
void (*app) (void);
app = (void (*)(void))addrA;
app();
举个例子,如果跳转的地址是0x08040000,如果板卡的芯片使用的指令集是thumb指令(比如cortex-m3),那么代码应该是app=(void(*)(void)0x08040001),如果指令集是ARM指令集,代码为app=(void(*)(void)0x08040000)。
下面是汇编的版本
LDR PC = addrA
第二种常见的情况就是app烧写在flash上,app应该在ram内存里运行,app或者是bootloader需要把app拷贝到内存ram中去,如果是bootloader拷贝的,那么bootloader要跳转到内存ram中去执行app;如果是app自己把自己复制到内存中去的,那么bootloader直接跳转到app的位置就可以了。
第三种情况,硬件支持重新设置vector地址,可以在应用程序中,设置对应的寄存器(cortex-m3对应的寄存器是SCB寄存器,SCB->VTOR,直接设置SCB->VTOR=app下载的地址),指定中断向量表的位置;如果硬件不支持重新设置异常地址,cpu永远只使用原来的vector,a判断有无新的vector,b老函数调用新vector的函数。
四、使用汇编跳转
bootloader需要一个中断向量表,app也需要给他指定一个中断向量表。
在这里给出韦东山老师编写的最简单的bootloader程序(含汇编程序),即从bootloader中跳转到app程序中去,以stm32f系列为例,bootloader程序放在0x08000000,app程序放在0x08040000,下面这个是main.c的程序。
#include "uart.h"
extern void start_app(unsigned int new_vector);
int mymain()
{
unsigned int new_vector = 0x08040000;
uart_init();
putstr("bootloader\r\n");
/* start app */
start_app(new_vector);
return 0;
}
下面是start.s的代码
PRESERVE8
THUMB
; Vector Table Mapped to Address 0 at Reset
AREA RESET, DATA, READONLY
EXPORT __Vectors
__Vectors DCD 0
DCD Reset_Handler ; Reset Handler
AREA |.text|, CODE, READONLY
; Reset handler
Reset_Handler PROC
EXPORT Reset_Handler [WEAK]
IMPORT mymain
LDR SP, =(0x20000000+0x10000)
BL mymain
ENDP
start_app PROC
EXPORT start_app
; set vector base address as 0x08040000
ldr r3, =0xE000ED08
str r0, [r3]
ldr sp, [r0] ; read val from addr 0x08040000
ldr r1, [r0, #4] ; read val from addr 0x08040004
BX r1
ENDP
END
在主函数中调用了start_app程序,这是一个编写在汇编文件中的函数,在c程序的函数中,函数的第一个参数保存在r0寄存器中,第二个参数保存在r1寄存器中,这里我们用到了一个参数,这个参数就在r0中;在start_app函数中主要做了三件事情,第一,重定位vector,即在跳转之前给app程序重新设置中断向量表的位置,第二,设置sp栈顶指针,即从要跳转的地址中取出第一个值赋给sp指针,第三,设置pc指针,即从要跳转的地址中取出第二个值赋给pc指针,实现跳转。设置栈顶的指针本来是由m3的硬件实现,在这里是我们是以软件的形式实现的。
如果在bootloader中没有设置中断向量表的值,可以在app程序中进行设置。
app的程序可以任意选取对应芯片程序即可,注意改掉对应的keil设置。
![](https://img-blog.csdnimg.cn/d7091092fe3e4370b3111e511aa43faf.png)
![](https://img-blog.csdnimg.cn/6f991f901c9c41a0809f932a637287fd.png)
在这里我有问题还没有解决,1、多核单片机的bootloader怎么进行引导?和单核单片机类似吗?
2、其他芯片的第一条指令也是设置sp指针吗?如果不是,那是什么呢?
五、备注
本文的大部分内容是根据韦东山老师的视频整理编写的笔记从0写BootLoader(适用于单片机)
=文档信息=
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