1．3 調(diào)試模式引導(dǎo)代碼實(shí)現(xiàn)
    調(diào)試模式引導(dǎo)代碼核心使用BDM協(xié)議解析微指令，調(diào)試接口向MPC860發(fā)送信號(hào)，初始化調(diào)試環(huán)境。MPC860采用RISC結(jié)構(gòu)，初始化部分主設(shè)置處理器內(nèi)部寄存器，這個(gè)過程包括三方面內(nèi)容：
（1）對(duì)處理器相關(guān)寄存器進(jìn)行初始化：主處理器狀態(tài)寄存器（MSR、SRR1、SIUMCR等），中斷、時(shí)鐘相關(guān)模塊（SYPCR、SCCR、PLPRCR、TBSCR等）。
（2）對(duì)BDM調(diào)試端口初始化：包括調(diào)試使能寄存器DER、支持指令斷點(diǎn)寄存器ICTRL等。
（3）對(duì)片級(jí)、板級(jí)內(nèi)存映射初始化：包括內(nèi)部內(nèi)存映射寄存器IMMR，內(nèi)存控制相關(guān)寄存器OR0～0R7、BR0～BR7等。它們主要功能是址映射、片選信號(hào)選擇、內(nèi)存控制器選擇（UMPA、UMPB、GPCM）。選擇UPM，UPM控制采用微指令方式，而這些微指令內(nèi)存不同（SRAM、SDRAM、DRAM等），需要設(shè)計(jì)人員自行編寫代碼寫入MPC860內(nèi)部存儲(chǔ)區(qū)相應(yīng)位置。需要實(shí)時(shí)刷新存儲(chǔ)體（如SDRAM），還需設(shè)置刷新控制微指令。
   上述初始化代碼以執(zhí)行，依賴于目標(biāo)機(jī)MPC860提供調(diào)試接口支持，另也需要宿主機(jī)GDB支持。宿主機(jī)系統(tǒng)，可能選擇Linux，其下配置GBD；也可以選擇Windows2000，使用可視化調(diào)試工具LambdaTools GDB（Coretek公司產(chǎn)品，不支持硬件斷點(diǎn)），使用BDI2000（支持硬件斷點(diǎn)仿真器）。使用哪種調(diào)試工具，都可以使用該調(diào)試器能夠識(shí)別腳本文伯存放初始化指令。這些腳本功能上是等效，指令描述一般都采用如下格式：
    操作碼 寄存器 數(shù)值
如嵌入式Linux下SDRAM初始化代碼片斷為：
mpcbdm spr MDR=0x1FF77C35
mpcbdm spr MDR=0xEFEABC34
mpcbdm spr MDR=0x1FB57C35
……
而Windows2000下使用BDI2000代碼為：
WUPM 0x00000005 0x1FF77C35
WUPM 0x00000006 0xEFEABC34
WUPM 0x00000007 0x1FB57C35
……
    腳本描述指令執(zhí)行后，MPC860預(yù)先設(shè)想進(jìn)入一個(gè)可以正常工作狀態(tài)，可以用裝載器將程序下載到SDRAM中調(diào)試執(zhí)行。這個(gè)程序主要包含中斷表、操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序映象兩部分，其格式可以為bin、elf、coff等。圖1給出了下載完畢后內(nèi)存映象。
    當(dāng)程序下載完成后，PC指針指向Image代碼段（text段）首條指令，可以利用調(diào)試器提供命令開始調(diào)試。
    2 固化模式系統(tǒng)引導(dǎo)
    2．1 概述
    調(diào)試后，OS和上層應(yīng)用程序構(gòu)成Image正確性到了保證，這個(gè)Image不能自主運(yùn)行。調(diào)試模式下，是BDM接口初始化處理器，BDM接口將程序下載到RAM中去運(yùn)行。實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中，Image必須被存儲(chǔ)非易失性存儲(chǔ)器中，如Flash、EPROM等，本文選擇Flash。系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，處理器執(zhí)行一段引導(dǎo)程序替代調(diào)試模式下調(diào)試腳本和裝載程序功能。啟動(dòng)代碼主要考慮以下幾個(gè)問題：
（1）系統(tǒng)上電和復(fù)位時(shí)程序如何執(zhí)行，需要初始化哪些寄存器，重點(diǎn)仍然是內(nèi)存映射相關(guān)部分；
（2）啟動(dòng)代碼為幾部分，每部分代碼應(yīng)該全部部分放到FlashRAM中執(zhí)行；
（3）時(shí)間效率和空間效率折衷。
  2．2 上電初始化
    兩種引導(dǎo)模式下，上電初始化總是必要步驟。它涉及各種核心寄存器初始化、址映射等問題處理。
    2．2．1 址映射
    MPC860復(fù)位是一種異常中斷來處理（可理解為CPU自己產(chǎn)生中斷），向量號(hào)為0x100。異常向量表基址加上復(fù)位向量號(hào)即為復(fù)位向量，也就是CPU開始執(zhí)行指令方。異常向量表內(nèi)存空間可能位置有兩個(gè)：0x0000000和0xFFF00000。PowerPC復(fù)位向量為0x100或0xFFF00100。復(fù)位向量為0xFFF00100，系統(tǒng)有128K字節(jié)Flash，并準(zhǔn)備把它映射到CPU內(nèi)存空間0xFE000000開始址。MPC860內(nèi)部CS0片選信號(hào)是默認(rèn)系統(tǒng)啟動(dòng)片選信號(hào)，已被連接到Flash片選線上。上電時(shí)，內(nèi)存控制器會(huì)忽略所有參與征選邏輯址線高17位，CS0總是有效。這樣，F(xiàn)lash總會(huì)被選中，CPU從Flash偏移0x100方取指令，此時(shí)CPU4GB內(nèi)存空間每個(gè)128KB塊都被映射到Flash。
    2．2．2 寄存器初始化
    固化方式下大致相同，不再采用腳本文件編寫，直接將一段MPC860匯編程序存放一個(gè)start.s文件中。與調(diào)試模式初始化程序一樣，主要完成以下處理：
（1）初始化CPU核心寄存器；
（2）設(shè)置機(jī)器狀態(tài)寄存器；
（3）禁止ceche；
（4）初始化IMMR；
（5）初始化系統(tǒng)接口單元（SIU）；
（6）初始化時(shí)鐘和中斷控制寄存器；
（7）初始化通信處理機(jī)（CPM）；
（8）初始化內(nèi)存控制器（UPM）；
（9）初始化C語言堆棧。
    2．2．3 址空間重映射
    上電時(shí)，一個(gè)片選信號(hào)有效，它選通了Flash，而RAM和其它存儲(chǔ)設(shè)備址無效，需要址空間重映射才能訪問。MPC860址空間重映射是設(shè)置0R0～OR7、BR0～BR7這十六個(gè)寄存器完成。上電時(shí)4GB址空間均被Flash占用，0xFFF00100這個(gè)址仍Flash偏移0x100處。寄存器初始化過程中，需要把SDRAM、MPC860內(nèi)部寄存器空間以及外設(shè)等也映射進(jìn)來。進(jìn)行這些操作前，需要把Flash位置固定下來，例如映射到0xFE000000，這個(gè)操作是設(shè)置OR0和BR0寄存器實(shí)現(xiàn)。但寫OR0時(shí)，CPU仍然0xFFF00000那一塊取指令，而Flash即將被映射到0xFE000000塊，程序必定出現(xiàn)“跑飛”現(xiàn)象，必須對(duì)程序計(jì)數(shù)器（PC）進(jìn)行調(diào)整，PC指針對(duì)程序員是不可見，必須用跳轉(zhuǎn)指令修改它。Flash址映射完成后，設(shè)置OR1～OR7、BR1～BR7可以完成對(duì)所有存儲(chǔ)器空間映射，各種存儲(chǔ)設(shè)備可映射CPU址空間中任意位置，但相互之間不能沖突。
2．3 引導(dǎo)代碼構(gòu)成和運(yùn)行

    系統(tǒng)啟動(dòng)所涉及代碼由寄存器初始化匯編文件start.s、一個(gè)Load程序以及操作系統(tǒng)與應(yīng)用程序Image三部分構(gòu)成，引導(dǎo)代碼則只包含start.s和Load程序。Load程序作用是將操作系統(tǒng)與應(yīng)用程序構(gòu)成Image從Flash拷貝到SDRAM中，并跳轉(zhuǎn)到Image首條指令。
    調(diào)試完成后Image有兩種運(yùn)行模式：
    Flash-resident image:Load程序僅僅 把Image中數(shù)據(jù)段（data+bss）復(fù)制到RAM中，代碼段（text）Flash中直接運(yùn)行。
    Flash-based image:Load程序把Image完全搬到RAM中執(zhí)行，包括image中代碼段（text）和數(shù)據(jù)段（data+bss）。
    圖2和圖3分別描述了兩種Image存貯映象，以及從Flash到SDRAM裝載過程。

    2．4 時(shí)間效率和空間效率上折衷
    嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用過程中，針對(duì)不同應(yīng)用環(huán)境，對(duì)時(shí)間效率和空間效率有不同要求，基于MPC860啟動(dòng)代碼對(duì)此有比較充分解決方案。
    2．4．1 時(shí)間限制
    時(shí)間限制主要包括兩種情況：系統(tǒng)要求快速啟動(dòng)和系統(tǒng)啟動(dòng)后要求程序高速執(zhí)行。
    要求快速啟動(dòng)系統(tǒng)，應(yīng)該使Flash中執(zhí)行初始化程序盡量簡短，諸如循環(huán)語句之類語法應(yīng)該盡量減少，盡快將程序裝載到RAM中執(zhí)行，這樣做原因Flash訪存時(shí)間與RAM訪存時(shí)間存數(shù)量級(jí)上差距。必須代碼量以及存儲(chǔ)器特片進(jìn)行權(quán)衡。，RAM中捃速度快，將Flash中代碼復(fù)制到RAM中操作會(huì)帶來一定開銷�？梢�，啟動(dòng)時(shí)間由Flash中引導(dǎo)代碼運(yùn)行時(shí)間、代碼從Flash拷貝到RAM時(shí)間以及RAM中后續(xù)啟動(dòng)代碼運(yùn)行時(shí)間三部分組成。啟動(dòng)時(shí)間最小值是這三者和最小值。
啟動(dòng)后要求程序高速執(zhí)行系統(tǒng)，主要受處理器、存儲(chǔ)器特性以及I/O速度等影響。軟件方面，應(yīng)該采用了上述Flash-based image方式，使代碼段RAM中運(yùn)行，提高運(yùn)行速度。
    2．4．2 空間限制
    空間限制主要包括兩種情況：Flash等非易失性存儲(chǔ)空間有限和RAM等易失性空間有限兩種系統(tǒng)。
    采用高性能非易失性存儲(chǔ)器系統(tǒng)，出于成本因素，F(xiàn)lash等存儲(chǔ)設(shè)備不能太大，它又是系統(tǒng)存放啟動(dòng)代碼和操作系統(tǒng)Image方。存放Image時(shí)，可以先使用gzip等壓縮工具進(jìn)行壓縮，將Image加載到RAM時(shí)采用逆向解壓縮算法解壓。同時(shí)，出于實(shí)時(shí)性考慮，壓縮算法不能過于復(fù)雜，否則壓縮解壓過程消耗大量時(shí)間將與啟動(dòng)時(shí)間限制發(fā)生嚴(yán)重沖突。采用壓縮策略并不一定會(huì)增加系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)間，壓縮解壓過程消息了一定時(shí)間，Image體積減小，由Flash復(fù)制到RAM中時(shí)間相應(yīng)減少，有可能減少了時(shí)間消耗。
    采用高性能RAM系統(tǒng)，同樣出于成本因素，RAM空間有一定限制，此時(shí)一般采用前文描述Flashresident image方式：Load程序把Image中數(shù)據(jù)段復(fù)制到RAM中，代碼段Flash中運(yùn)行。折衷同樣存，code段低速Flash中運(yùn)行，節(jié)省空間同時(shí)，卻犧牲了時(shí)間。
    本文介紹了基于嵌入式處理器操作系統(tǒng)引導(dǎo)方法，重點(diǎn)研究嵌入式系統(tǒng)引導(dǎo)模式以及不同類別引導(dǎo)方法。以MPC860C處理器上引導(dǎo)CRTOSII操作系統(tǒng)為例，闡述了調(diào)試模式和固化模式下引導(dǎo)代碼構(gòu)成、作及執(zhí)行方式，并對(duì)不同引導(dǎo)模式下時(shí)空效率折衷進(jìn)行了分析。最終，借助BDI2000仿真器對(duì)編寫引導(dǎo)代碼進(jìn)行調(diào)試，成功實(shí)現(xiàn)了調(diào)試模式和固化模式下操作系統(tǒng)引導(dǎo)。后續(xù)工作包括：繼續(xù)研究不同硬件平臺(tái)上操作系統(tǒng)引導(dǎo)方法，例如最流行ARM、X86系列；同一平臺(tái)上，可以研究不同操作系統(tǒng)啟動(dòng)方法，例如嵌入式Linux、Vxworks、WinCE等。同時(shí)，可以引入數(shù)字模型對(duì)時(shí)間、空間性能進(jìn)行量化分析，不同環(huán)境下采取比較合適引導(dǎo)方案。