简单地说，在操作系统内核运行之前，通过一小程序，可以初始化硬件设备、建立内存空间的映射图等，从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态，以便为最终调用操作系统内核配置好相应的环境，也可以下载文件到系统板上的SDRAM，对Flash进行擦除与编程，这个小程序一般称为Boot Loader。可以说，一个功能完善的Boot Loader已经相当于一个微型的操作系统了。 Boot Loader作为系统复位或上电后首先运行的代码，一般应写入Flash存储器并从起始物理地址0x0开始。Boot Loader是非常依赖于硬件而实现的，而且根据实现的功能不同，其复杂程度也各不相同。一个简单的Boot Loader可以只完成USB口的初始化，而功能完善的Boot Loader可以支持比较复杂的命令集，对系统的软硬件资源进行合理的配置与管理。因此，建立一个通用的Boot Loader几乎是不可能的。 尽管Boot Loader的功能各不相同，我们仍然可以对Boot Loader归纳出一些通用的概念来，以指导用户对特定要求的Boot Loader设计与实现。Boot Loader一般应包括系统初始化过程，然后用户根据其系统的自身需求，具体设计。 系统初始化代码直接对ARM微处理器内核及硬件控制器编程，多采用汇编语言编程，初始化代码一般应包括如下典型任务： 1. 定义程序入口点； 2. 设置异常和中断向量表； 3. 初始化存储设备； 4. 初始化堆栈指针寄存器； 5. 初始化用户执行环境； 6. 呼叫主应用程序。 初始化代码必须定义整个程序的入口点。通过伪指令Entry指定编译器保留该段代码，同时配合链接器的设置，确定整个程序的入口点。 异常和中断处理是嵌入式系统的重要核心部分。它们负责处理错误、中断和其它由外部系统触发的事件。 ARM要求异常向量表必须放置在从0地址开始，连续32（8X4）字节的空间内，各异常的位置如表1所示。 每当一个异常发生以后，系统执行完当前指令后，ARM微处理器会执行以下几步操作： (1） 把cpsr保存到相应异常模式下的spsr； (2） 把pc保存到相应异常模式下的lr； (3） 设置cpsr为相应的异常模式（异常及其对应的模式见图1）； (4） 设置pc为相应异常处理程序的入口地址。
因为每个异常只占据向量表中1个字的存储空间，只能放置一条ARM指令，所以该指令必须使程序跳转到存储器存储异常处理程序的地方，再执行异常处理程序。 执行完异常处理程序，要从异常中断处理程序中返回。 从异常中断处理程序中返回包括下面两个基本操作： (1） 恢复被屏蔽的程序的处理器状态 (2） 返回到发生异常中断的指令的下一条指令处继续执行。 当异常发生时，程序计数器PC所指的位置对于各种不同的异常是不同的，同样，返回地址对于各种不同的异常中断也是不同的。例外的是，复位异常中断处理程序不需要返回，因为整个应用系统是从复位异常中断处理程序开始执行的。 总的来说，异常处理过程为：当异常发生时，系统执行完当前指令后，将跳转到相应的异常处理程序处执行。当异常处理程序执行完成后，程序返回到发生异常的指令的下一条指令处执行。在进入异常处理程序时，要保存被中断的程序的执行现场。从异常处理程序退出时，要恢复被中断的程序的执行现场。
IRQ和FIQ异常是用来处理外围设备中断的，不同的ARM芯片生产商，生产的芯片会有所不同。 初始化存储器系统主要是对系统存储器控制器的初始化，如果系统具有存储器管理单元，也必须对其进行初始化。 ARM微处理器架构的理论寻址能力为4GB，但是对于一个特定的系统来说，所配备的实际物理存储器远没有那么多。出于对芯片的面积、成本、使用灵活性等方面的考虑，这么大容量的存储器如果设计在芯片内部是不能被接受的。因此，基于ARM微处理器的系统一般都需要外扩大容量的存储器，这些存储器是由专门的存储器控制器控制的。 因为存储器控制器并非标准ARM微处理器架构的一部分，所以不同的ARM微处理器，设计也会各不相同，初始化代码自然也会有一些差异，但一般包含如下两个方面： 1. 存储器类型和时序的配置 ARM微处理器一般都设计有多种类型的存储器接口，需要根据具体的系统设计加以正确配置，且对于同在一种类型的存储器，也会因为访问速度的差异进行不同的时序设置。 存储器接口时序优化是非常重要的，这会影响到整个系统的性能。因为一般系统运行的速度瓶颈都存在于存储器访问，所以存储器访问时序应尽可能的快；而同时又要考虑到由此带来的稳定性问题，应根据不同的情况来配置。一般一个特定的系统，需要进行多次测试，才能确定{zj0}的时序配置。 2. 存储器的地址分配与地址重映射 ARM微处理器架构的理论寻址能力为4GB，但是对于一个特定的系统来说，所配备的实际物理存储器远没有那么多。因此，存储器的地址分配也就是将物理存储器定位在4GB地址空间的哪个具体位置。 ARM微处理器通常采用两种方式来完成地址分配：一种方式采用固定的存储器地址分配，即物理存储器的起始地址是固定的；另一种方式采用存储器重映射的手段，使物理存储器的起始地址可以在有效的地址空间内任意改变，即物理存储器的地址是不固定的。 基于固定存储器地址分配的ARM微处理器系统，当系统的硬件设计完成以后，物理存储器地址也就确定了，在软件设计的程序流程中考虑就简单一些。而对于具有存储器地址重映射功能的系统，这个过程就复杂的多。 一种典型的存储器地址重映射过程描述如下：当系统上电或复位以后，PC指针指向0x0，程序从0x0地址开始执行，因此，为了能正确读取代码，要求此时Flash（或其它类型的ROM）的起始地址为0x0。但Flash（或其它类型的ROM）的访问速度大大低于RAM，每次产生异常后，都要从Flash（或其它类型的ROM）的异常向量表调转到相应的处理程序，会影响异常的响应速度，因此，系统便提供一种灵活的地址重映射方法，在系统完成必要地初始化以后，将RAM安排到0x0地址处，而将原来位于0x0处的Flash（或其它类型的ROM）安排到其他的地方上去，加快异常的响应速度。 这个过程中最容易出错的地方是如何保证程序执行流程的连续性。因为PC指针最初在Flash里取指令执行，在进行地址重映射以后，Flash（或其它类型的ROM）被安排到其他地址上去了，而当前地址被安排为RAM，如果事先没有对RAM的内容进行正确地设置，在往下取指令执行就会出错，即程序的连续性被存储器地址重映射这种变化所打断。 常用的处理方法是：先将Flash（或其它类型的ROM）的内容全部复制到RAM中，然后再进行地址重映射。此时尽管Flash（或其它类型的ROM）和RAM的物理地址发生了变化，但由于RAM中的内容与原来的Flash（或其它类型的ROM）是一样的，PC指针就可以继续取得正确地指令执行，从而保证了程序流程的连续性。 因为ARM有7种执行状态，每一种状态的堆栈指针寄存器（SP）都是独立的（注意System和User模式使用同一个SP）。所以，对程序中需要用到的每一种模式都要给SP定义一个堆栈地址。方法是改变状态寄存器内的状态位，使处理器切换到不同的状态，然后给SP赋值。注意：不要切换到User模式进行User模式的堆栈设置，因为进入User模式后就不能再操作CPSR回到别的模式了，可能会对接下去的程序执行造成影响。 主要包括初始化临界I/O设备，初始化应用程序执行环境，改变处理器的运行模式和状态，使能中断4部分。 初始化临界I/O设备。临界I/O设备是指哪些使能中断之前必须进行初始化的设备。如果不对这些设备进行必要的初始化，它们可能会在使能中断后产生一些没有意义的中断请求，从而影响程序的运行。 初始化应用程序执行环境。程序代码通过编译、链接后生成可执行映像文件，一个ARM映像文件由RO，RW和ZI三个段组成，其中RO为代码段，RW是已初始化的全局变量，ZI是未初始化的全局变量。映像一开始总是存储在ROM／Flash里面的，其RO部分即可以在ROM／Flash里面执行，也可以转移到速度更快的RAM中执行；而RW和ZI这两部分是必须转移到可写的RAM里去。所谓应用程序执行环境的初始化，就是完成必要的从ROM到RAM的数据传输和内容清零。 改变处理器的运行模式和状态。ARM微处理器在复位或上电状态下的默认模式为系统管理模式，而在初始化代码中可能需要切换到其它模式进行必要的操作，如初始化各个模式下的堆栈指针寄存器。因此，在系统的初始化过程中处理器模式一般会经历如图2所示的变化。同时，ARM微处理器在复位后总是处于ARM状态，对于兼容Thumb指令的处理器如果应用程序的入口点对应Thumb指令，则必须将微处理器切换到Thumb状态。 使能中断。如果系统需要使用中断，初始化代码应该使能中断。中断使能可以通过xxCPRS中的中断禁止位来完成。 当所有的系统初始化工作完成之后，就需要把程序流程转入主应用程序。如果主应用程序是由C代码编写，可以通过以下两种方式进入C代码运行，最简单的情况如下：
IMPORT C_Entry ；定义一个外部标号，{zh0}不使用main B C_Entry ；跳转到该处执行
在ARM的ADS编译环境中，还另外提供了一种进入C代码的机制：
IMPORT __main B __main
__main()是编译器提供的一个函数，负责完成库函数的初始化和对C代码运行环境的初始化，{zh1}自动调转到main()函数执行，此时应用程序的主函数名必须是main()。 用户可以根据需要选择是否使用main()函数，如果想让系统自动完成初始化过程，可以使用main()函数；如果所有的初始化过程都由用户自己完成，则不使用main()。 |
