前面給大家分享過Bootloader從應(yīng)用角度執(zhí)行的相關(guān)文章，今天從底層原理來給大家描述ARM處理器如何編寫B(tài)ootloader，以及底層流程。

關(guān)于Bootloader

Bootloader顧名思義就是引導(dǎo)加載程序，是在操作系統(tǒng)或應(yīng)用程序運(yùn)行之前的一段程序，是在系統(tǒng)上電后執(zhí)行的一段程序代碼。

BootLoader是嚴(yán)重地依賴于硬件而實(shí)現(xiàn)的，特別是在嵌入式平臺(tái)。因此，在嵌入式平臺(tái)里建立一個(gè)通用的BootLoader幾乎是不可能的。盡管如此，我們?nèi)匀豢梢詫?duì)bootloader歸納出一些通用的概念來，以指導(dǎo)用戶特定的BootLoader設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

---來源百度百科

Bootloader在手機(jī)、電腦、眾多嵌入式系統(tǒng)中都存在，它的作用有很多，比如：初始化底層應(yīng)用驅(qū)動(dòng)、加載應(yīng)用程序、更新應(yīng)用程序等。

不同的設(shè)備，Bootloader可能差異很大，通常來說Bootloader比較依賴底層硬件和實(shí)際項(xiàng)目需求。

如何編寫bootloader

bootloader是一段引導(dǎo)加載程序代碼，它更新用戶的應(yīng)用程序代碼，可以使用很多硬件下載通道（例如USB、網(wǎng)絡(luò)端口）獲得新代碼。

在執(zhí)行引導(dǎo)ROM之后，將執(zhí)行bootloader程序，并在需要時(shí)進(jìn)行更新，然后執(zhí)行最終用戶應(yīng)用程序。

引導(dǎo)加載程序和用戶應(yīng)用程序應(yīng)作為兩個(gè)獨(dú)立的Project或Object進(jìn)行編寫和編譯，從而產(chǎn)生兩個(gè)獨(dú)立且可執(zhí)行的（bin/hex）文件。

引導(dǎo)加載程序的主要任務(wù)是在必要時(shí)對(duì)用戶應(yīng)用程序進(jìn)行重新編程/替換，并跳轉(zhuǎn)至用戶應(yīng)用程序以執(zhí)行該程序，應(yīng)用程序不一定需要知道引導(dǎo)加載程序的存在。

引導(dǎo)加載程序通常位于芯片閃存基址，下面通過一張圖來描述內(nèi)存和Flash代碼映射關(guān)系：

有很多方法可以引導(dǎo)bootloader進(jìn)入編程模式，以將用戶應(yīng)用程序重新編程到Flash中，或者直接跳轉(zhuǎn)到現(xiàn)有的用戶應(yīng)用程序來執(zhí)行。最簡單的方法是檢查GPIO引腳以確定是否應(yīng)進(jìn)入編程模式。

大多數(shù)芯片供應(yīng)商為用戶提供了一種方便的方式，例如 ISP 和 IAP 接口，bootloader將使用它們來更新閃存內(nèi)容。

當(dāng)Flash內(nèi)容已更新或已經(jīng)是最新時(shí)，引導(dǎo)加載程序?qū)⑻D(zhuǎn)到用戶應(yīng)用程序。在執(zhí)行用戶應(yīng)用程序之前，這需要許多步驟：

1.確保CPU處于特權(quán)模式。

2.禁用NVIC中所有啟用的中斷。

3.禁用所有可能產(chǎn)生中斷請(qǐng)求的使能外設(shè)，并清除這些外設(shè)中的所有未使用中斷標(biāo)志。

4.清除NVIC中所有未使用的中斷請(qǐng)求。

5.禁用SysTick并清除其異常掛起位。

6.如果引導(dǎo)加載程序使用了單個(gè)故障處理程序，請(qǐng)禁用它們。

7.如果發(fā)現(xiàn)內(nèi)核當(dāng)前與PSP一起運(yùn)行，則激活MSP（由于編譯器可能仍在使用堆棧，因此在此之前需要將PSP復(fù)制到MSP）。

8.將用戶應(yīng)用程序的向量表地址加載到SCB-> VTOR寄存器中。確保地址符合對(duì)齊要求。

9.最后一部分是將MSP設(shè)置為用戶應(yīng)用程序向量表中找到的值，然后將用戶應(yīng)用程序的重置向量值加載到PC中，也就是跳轉(zhuǎn)功能。

比如通過調(diào)用下面的示例BootJump（）這樣的函數(shù)來完成此操作：

staticvoidBootJump(uint32_t*Address)
{
  //1.確保CPU處于特權(quán)模式。
if(CONTROL_nPRIV_Msk&__get_CONTROL())
  {  /* not in privileged mode */
EnablePrivilegedMode();
  }


  //2.禁用NVIC中所有啟用的中斷。
  Disable_All_Peripherals();


  //3.禁用所有可能產(chǎn)生中斷請(qǐng)求的使能外設(shè)，并清除這些外設(shè)中的所有未使用中斷標(biāo)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中所有未使用的中斷請(qǐng)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并清除其異常掛起位。
  SysTick->CTRL = 0;
  SCB->ICSR |= SCB_ICSR_PENDSTCLR_Msk;


  //6.如果引導(dǎo)加載程序使用了單個(gè)故障處理程序，請(qǐng)禁用它們。
  SCB->SHCSR &= ~( SCB_SHCSR_USGFAULTENA_Msk |  
                 SCB_SHCSR_BUSFAULTENA_Msk |  
                 SCB_SHCSR_MEMFAULTENA_Msk ) ;


  //7.如果發(fā)現(xiàn)內(nèi)核當(dāng)前與PSP一起運(yùn)行，則激活MSP
if(CONTROL_SPSEL_Msk&__get_CONTROL())
  {  /* MSP is not active */
__set_MSP(__get_PSP());
__set_CONTROL(__get_CONTROL()&~CONTROL_SPSEL_Msk);
  }


  //8.將用戶應(yīng)用程序的向量表地址加載到SCB-> VTOR寄存器中。
  SCB->VTOR = ( uint32_t )Address ;


  //9.跳轉(zhuǎn)
BootJumpASM(Address[0],Address[1]);
}

再次說明bootloader與底層硬件和實(shí)際需求有關(guān)，以上代碼僅供參考，主要是提供思路，方便大家理解。

如果還不能理解，建議結(jié)合bootloader實(shí)際項(xiàng)目進(jìn)行理解，比如之前給大家分享過的：STM32官方IAP例程詳細(xì)說明
審核編輯：湯梓紅