结合 Keil 描述如何编写ARM处理器的Bootloader

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cathy 发布于：周二, 08/03/2021 - 16:10 ，关键词：

本文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：

“结合

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。

来源：嵌入式专栏
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