1．3 調試模式引導代碼實現(xiàn)
    調試模式引導代碼核心使用BDM協(xié)議解析微指令，調試接口向MPC860發(fā)送信號，初始化調試環(huán)境。MPC860采用RISC結構，初始化部分主設置處理器內部寄存器，這個過程包括三方面內容：
（1）對處理器相關寄存器進行初始化：主處理器狀態(tài)寄存器（MSR、SRR1、SIUMCR等），中斷、時鐘相關模塊（SYPCR、SCCR、PLPRCR、TBSCR等）。
（2）對BDM調試端口初始化：包括調試使能寄存器DER、支持指令斷點寄存器ICTRL等。
（3）對片級、板級內存映射初始化：包括內部內存映射寄存器IMMR，內存控制相關寄存器OR0～0R7、BR0～BR7等。它們主要功能是址映射、片選信號選擇、內存控制器選擇（UMPA、UMPB、GPCM）。選擇UPM，UPM控制采用微指令方式，而這些微指令內存不同（SRAM、SDRAM、DRAM等），需要設計人員自行編寫代碼寫入MPC860內部存儲區(qū)相應位置。需要實時刷新存儲體（如SDRAM），還需設置刷新控制微指令。
   上述初始化代碼以執(zhí)行，依賴于目標機MPC860提供調試接口支持，另也需要宿主機GDB支持。宿主機系統(tǒng)，可能選擇Linux，其下配置GBD；也可以選擇Windows2000，使用可視化調試工具LambdaTools GDB（Coretek公司產品，不支持硬件斷點），使用BDI2000（支持硬件斷點仿真器）。使用哪種調試工具，都可以使用該調試器能夠識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預先設想進入一個可以正常工作狀態(tài)，可以用裝載器將程序下載到SDRAM中調試執(zhí)行。這個程序主要包含中斷表、操作系統(tǒng)和應用程序映象兩部分，其格式可以為bin、elf、coff等。圖1給出了下載完畢后內存映象。
    當程序下載完成后，PC指針指向Image代碼段（text段）首條指令，可以利用調試器提供命令開始調試。
    2 固化模式系統(tǒng)引導
    2．1 概述
    調試后，OS和上層應用程序構成Image正確性到了保證，這個Image不能自主運行。調試模式下，是BDM接口初始化處理器，BDM接口將程序下載到RAM中去運行。實際應用環(huán)境中，Image必須被存儲非易失性存儲器中，如Flash、EPROM等，本文選擇Flash。系統(tǒng)啟動時，處理器執(zhí)行一段引導程序替代調試模式下調試腳本和裝載程序功能。啟動代碼主要考慮以下幾個問題：
（1）系統(tǒng)上電和復位時程序如何執(zhí)行，需要初始化哪些寄存器，重點仍然是內存映射相關部分；
（2）啟動代碼為幾部分，每部分代碼應該全部部分放到FlashRAM中執(zhí)行；
（3）時間效率和空間效率折衷。
  2．2 上電初始化
    兩種引導模式下，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復位是一種異常中斷來處理（可理解為CPU自己產生中斷），向量號為0x100。異常向量表基址加上復位向量號即為復位向量，也就是CPU開始執(zhí)行指令方。異常向量表內存空間可能位置有兩個：0x0000000和0xFFF00000。PowerPC復位向量為0x100或0xFFF00100。復位向量為0xFFF00100，系統(tǒng)有128K字節(jié)Flash，并準備把它映射到CPU內存空間0xFE000000開始址。MPC860內部CS0片選信號是默認系統(tǒng)啟動片選信號，已被連接到Flash片選線上。上電時，內存控制器會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總會被選中，CPU從Flash偏移0x100方取指令，此時CPU4GB內存空間每個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start.s文件中。與調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）設置機器狀態(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）初始化時鐘和中斷控制寄存器；
（7）初始化通信處理機（CPM）；
（8）初始化內存控制器（UPM）；
（9）初始化C語言堆棧。
    2．2．3 址空間重映射
    上電時，一個片選信號有效，它選通了Flash，而RAM和其它存儲設備址無效，需要址空間重映射才能訪問。MPC860址空間重映射是設置0R0～OR7、BR0～BR7這十六個寄存器完成。上電時4GB址空間均被Flash占用，0xFFF00100這個址仍Flash偏移0x100處。寄存器初始化過程中，需要把SDRAM、MPC860內部寄存器空間以及外設等也映射進來。進行這些操作前，需要把Flash位置固定下來，例如映射到0xFE000000，這個操作是設置OR0和BR0寄存器實現(xiàn)。但寫OR0時，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，必須對程序計數(shù)器（PC）進行調整，PC指針對程序員是不可見，必須用跳轉指令修改它。Flash址映射完成后，設置OR1～OR7、BR1～BR7可以完成對所有存儲器空間映射，各種存儲設備可映射CPU址空間中任意位置，但相互之間不能沖突。
2．3 引導代碼構成和運行

    系統(tǒng)啟動所涉及代碼由寄存器初始化匯編文件start.s、一個Load程序以及操作系統(tǒng)與應用程序Image三部分構成，引導代碼則只包含start.s和Load程序。Load程序作用是將操作系統(tǒng)與應用程序構成Image從Flash拷貝到SDRAM中，并跳轉到Image首條指令。
    調試完成后Image有兩種運行模式：
    Flash-resident image:Load程序僅僅 把Image中數(shù)據(jù)段（data+bss）復制到RAM中，代碼段（text）Flash中直接運行。
    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 時間效率和空間效率上折衷
    嵌入式系統(tǒng)應用過程中，針對不同應用環(huán)境，對時間效率和空間效率有不同要求，基于MPC860啟動代碼對此有比較充分解決方案。
    2．4．1 時間限制
    時間限制主要包括兩種情況：系統(tǒng)要求快速啟動和系統(tǒng)啟動后要求程序高速執(zhí)行。
    要求快速啟動系統(tǒng)，應該使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訪存時間與RAM訪存時間存數(shù)量級上差距。必須代碼量以及存儲器特片進行權衡。，RAM中捃速度快，將Flash中代碼復制到RAM中操作會帶來一定開銷。可見，啟動時間由Flash中引導代碼運行時間、代碼從Flash拷貝到RAM時間以及RAM中后續(xù)啟動代碼運行時間三部分組成。啟動時間最小值是這三者和最小值。
啟動后要求程序高速執(zhí)行系統(tǒng)，主要受處理器、存儲器特性以及I/O速度等影響。軟件方面，應該采用了上述Flash-based image方式，使代碼段RAM中運行，提高運行速度。
    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器系統(tǒng)，出于成本因素，F(xiàn)lash等存儲設備不能太大，它又是系統(tǒng)存放啟動代碼和操作系統(tǒng)Image方。存放Image時，可以先使用gzip等壓縮工具進行壓縮，將Image加載到RAM時采用逆向解壓縮算法解壓。同時，出于實時性考慮，壓縮算法不能過于復雜，否則壓縮解壓過程消耗大量時間將與啟動時間限制發(fā)生嚴重沖突。采用壓縮策略并不一定會增加系統(tǒng)啟動時間，壓縮解壓過程消息了一定時間，Image體積減小，由Flash復制到RAM中時間相應減少，有可能減少了時間消耗。
    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，此時一般采用前文描述Flashresident image方式：Load程序把Image中數(shù)據(jù)段復制到RAM中，代碼段Flash中運行。折衷同樣存，code段低速Flash中運行，節(jié)省空間同時，卻犧牲了時間。
    本文介紹了基于嵌入式處理器操作系統(tǒng)引導方法，重點研究嵌入式系統(tǒng)引導模式以及不同類別引導方法。以MPC860C處理器上引導CRTOSII操作系統(tǒng)為例，闡述了調試模式和固化模式下引導代碼構成、作及執(zhí)行方式，并對不同引導模式下時空效率折衷進行了分析。最終，借助BDI2000仿真器對編寫引導代碼進行調試，成功實現(xiàn)了調試模式和固化模式下操作系統(tǒng)引導。后續(xù)工作包括：繼續(xù)研究不同硬件平臺上操作系統(tǒng)引導方法，例如最流行ARM、X86系列；同一平臺上，可以研究不同操作系統(tǒng)啟動方法，例如嵌入式Linux、Vxworks、WinCE等。同時，可以引入數(shù)字模型對時間、空間性能進行量化分析，不同環(huán)境下采取比較合適引導方案。