前面給大家分享過Bootloader從應用角度執行的相關文章，今天從底層原理來給大家描述ARM處理器如何編寫Bootloader，以及底層流程。

關于Bootloader

Bootloader顧名思義就是引導加載程序，是在操作系統或應用程序運行之前的一段程序，是在系統上電后執行的一段程序代碼。

BootLoader是嚴重地依賴于硬件而實現的，特別是在嵌入式平臺。因此，在嵌入式平臺里建立一個通用的BootLoader幾乎是不可能的。盡管如此，我們仍然可以對bootloader歸納出一些通用的概念來，以指導用戶特定的BootLoader設計與實現。

---來源百度百科

Bootloader在手機、電腦、眾多嵌入式系統中都存在，它的作用有很多，比如：初始化底層應用驅動、加載應用程序、更新應用程序等。

不同的設備，Bootloader可能差異很大，通常來說Bootloader比較依賴底層硬件和實際項目需求。

如何編寫bootloader

bootloader是一段引導加載程序代碼，它更新用戶的應用程序代碼，可以使用很多硬件下載通道（例如USB、網絡端口）獲得新代碼。

在執行引導ROM之后，將執行bootloader程序，并在需要時進行更新，然后執行最終用戶應用程序。

引導加載程序和用戶應用程序應作為兩個獨立的Project或Object進行編寫和編譯，從而產生兩個獨立且可執行的（bin/hex）文件。

引導加載程序的主要任務是在必要時對用戶應用程序進行重新編程/替換，并跳轉至用戶應用程序以執行該程序，應用程序不一定需要知道引導加載程序的存在。

引導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存和Flash代碼映射關系：

有很多方法可以引導bootloader進入編程模式，以將用戶應用程序重新編程到Flash中，或者直接跳轉到現有的用戶應用程序來執行。最簡單的方法是檢查GPIO引腳以確定是否應進入編程模式。

大多數芯片供應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容。

當Flash內容已更新或已經是最新時，引導加載程序將跳轉到用戶應用程序。在執行用戶應用程序之前，這需要許多步驟：

1.確保CPU處于特權模式。

2.禁用NVIC中所有啟用的中斷。

3.禁用所有可能產生中斷請求的使能外設，并清除這些外設中的所有未使用中斷標志。

4.清除NVIC中所有未使用的中斷請求。

5.禁用SysTick并清除其異常掛起位。

6.如果引導加載程序使用了單個故障處理程序，請禁用它們。

7.如果發現內核當前與PSP一起運行，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復制到MSP）。

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

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

比如通過調用下面的示例BootJump（）這樣的函數來完成此操作：

staticvoidBootJump(uint32_t*Address)
{
  //1.確保CPU處于特權模式。
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.禁用所有可能產生中斷請求的使能外設，并清除這些外設中的所有未使用中斷標志。
  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.如果引導加載程序使用了單個故障處理程序，請禁用它們。
  SCB->SHCSR &= ~( SCB_SHCSR_USGFAULTENA_Msk |  
                 SCB_SHCSR_BUSFAULTENA_Msk |  
                 SCB_SHCSR_MEMFAULTENA_Msk ) ;


  //7.如果發現內核當前與PSP一起運行，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
BootJumpASM(Address[0],Address[1]);
}

再次說明bootloader與底層硬件和實際需求有關，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，建議結合bootloader實際項目進行理解，比如之前給大家分享過的：STM32官方IAP例程詳細說明
審核編輯：湯梓紅