手把手教你学BSP（一）–BSP概念

大家好，欢迎来到IT知识分享网。

目录

1. 硬件初始化代码

主要任务：

示例代码（ARM Cortex-M3为例）：

2. 设备驱动程序

主要任务：

示例代码（Linux驱动程序）：

3. 硬件抽象层（HAL）

主要作用：

示例代码（STM32 HAL库）：

4. 启动加载程序（Bootloader）

主要功能：

示例代码（U-Boot）：

总结

下面将详细介绍BSP（Board Support Package）中的四个关键组成部分：硬件初始化代码、设备驱动程序、硬件抽象层（HAL）和启动加载程序（Bootloader）。

1. 硬件初始化代码

硬件初始化代码是BSP中最基础的部分之一，它负责在操作系统加载之前初始化硬件设备，确保它们处于可用状态。这些代码通常会包含以下几个方面的内容：

主要任务：

• 处理器初始化：设置CPU寄存器，配置处理器的工作模式（如ARM架构中的ARM或Thumb模式）。
• 内存初始化：配置内存控制器，设置内存映射，分配内存区域。
• 时钟初始化：配置系统时钟，确保各外设能够正常工作。
• 中断控制器初始化：配置中断控制器（如ARM Cortex-M中的NVIC），设置中断优先级和向量表。
• 外设初始化：初始化I/O端口、定时器、ADC、DAC、SPI、I2C、UART等外设。
• 电源管理初始化：配置电源管理模块，如设置休眠模式下的电源策略。

示例代码（ARM Cortex-M3为例）：

c

深色版本

void SystemInit(void) { // 设置系统时钟 RCC->CR |= RCC_CR_HSEON; // 开启外部高速时钟 while ((RCC->CR & RCC_CR_HSERDY) == 0) {} // 等待HSE稳定 RCC->CFGR &= ~RCC_CFGR_SW_Msk; // 设置系统时钟源为HSE RCC->CFGR |= RCC_CFGR_SWS_1; // 设置系统时钟源为HSE RCC->CFGR &= ~RCC_CFGR_PLLON_Msk; // 关闭PLL RCC->CFGR |= RCC_CFGR_PLLON; // 开启PLL while ((RCC->CFGR & RCC_CFGR_PLLRDY) == 0) {} // 等待PLL稳定 RCC->CFGR &= ~RCC_CFGR_SW_Msk; // 设置系统时钟源为PLL RCC->CFGR |= RCC_CFGR_SW_PLL; // 设置系统时钟源为PLL // 配置AHB/APB1/APB2时钟 RCC->CFGR |= RCC_CFGR_HPRE_DIV1; // AHB频率为系统频率 RCC->CFGR |= RCC_CFGR_PPRE1_DIV2; // APB1频率为系统频率的一半 RCC->CFGR |= RCC_CFGR_PPRE2_DIV2; // APB2频率为系统频率的一半 // 使能GPIO时钟 RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_GPIOAEN | RCC_APB2ENR_GPIOBEN; // GPIO初始化 GPIOA->MODER = (1 << GPIO_MODER_MODER0_Pos); // 设置PA0为输出模式 } void NVIC_Init(void) { // 设置中断优先级 NVIC_SetPriorityGrouping(NVIC_PRIORITYGROUP_2); // 2位预取，2位子优先级 NVIC_SetPriority(NMI_IRQn, 0x00); // 设置NMI中断优先级为0 NVIC_SetPriority(HardFault_IRQn, 0x01); // 设置HardFault中断优先级为1 NVIC_SetPriority(Default_IRQ, 0x0F); // 设置默认中断优先级为15 }

2. 设备驱动程序

设备驱动程序是操作系统与硬件设备之间的重要桥梁，它们为操作系统提供了一种与硬件设备进行交互的方式。设备驱动程序通常需要完成以下几项任务：

主要任务：

• 硬件初始化：在设备首次使用前对其进行初始化。
• 设备控制：提供一组API函数，用于控制硬件设备的状态和行为。
• 数据传输：实现数据的读写操作，如读取传感器数据、发送指令给执行器等。
• 错误处理：检测并处理硬件故障或异常情况。

示例代码（Linux驱动程序）：

c

深色版本

static int my_device_open(struct inode *inode, struct file *file) { /* 设备打开时的处理 */ return 0; } static int my_device_release(struct inode *inode, struct file *file) { /* 设备关闭时的处理 */ return 0; } static ssize_t my_device_read(struct file *file, char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos) { /* 读取数据 */ return count; } static ssize_t my_device_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos) { /* 写入数据 */ return count; } static const struct file_operations my_fops = { .owner = THIS_MODULE, .open = my_device_open, .release = my_device_release, .read = my_device_read, .write = my_device_write, }; static int __init my_driver_init(void) { /* 注册设备驱动 */ register_chrdev(DEVICE_NR, DEVICE_NAME, &my_fops); return 0; } static void __exit my_driver_exit(void) { /* 卸载设备驱动 */ unregister_chrdev(DEVICE_NR, DEVICE_NAME); } module_init(my_driver_init); module_exit(my_driver_exit); MODULE_LICENSE("GPL"); MODULE_AUTHOR("Your Name"); MODULE_DESCRIPTION("A simple character device driver");

3. 硬件抽象层（HAL）

硬件抽象层（HAL）是一个软件层，它为操作系统提供了统一的硬件访问接口，从而屏蔽了不同硬件平台之间的差异。HAL的主要作用如下：

主要作用：

• 硬件独立性：允许操作系统在不同的硬件平台上运行而无需修改代码。
• 简化开发：提供一致的API，使得开发人员可以专注于应用逻辑而非底层硬件细节。
• 易维护性：当更换硬件平台时，只需修改HAL层即可，无需改动操作系统核心代码。

示例代码（STM32 HAL库）：

c

深色版本

void SystemClock_Config(void) { RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0}; RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0}; / Initializes the CPU, AHB and APB busses clocks */ RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE; RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON; RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON; RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE; RCC_OscInitStruct.PLL.PLLM = 8; RCC_OscInitStruct.PLL.PLLN = 336; RCC_OscInitStruct.PLL.PLLP = RCC_PLLP_DIV2; RCC_OscInitStruct.PLL.PLLQ = 7; if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK) { Error_Handler(); } / Initializes the CPU, AHB and APB busses clocks */ RCC_ClkInitStruct.ClockOutput = RCC_CLOCKOUTPUT_NONE; RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1; RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2; RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1; if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_2) != HAL_OK) { Error_Handler(); } }

4. 启动加载程序（Bootloader）

启动加载程序（Bootloader）是系统启动时最先运行的程序之一，它的主要职责是引导操作系统启动。Bootloader通常具有以下功能：

主要功能：

• 硬件初始化：初始化硬件设备，如内存、时钟等。
• 加载内核：将操作系统内核从存储介质（如闪存）加载到内存中。
• 启动内核：跳转到内核的入口点，开始执行内核代码。
• 故障恢复：提供一定的故障恢复机制，如检测并修复启动错误。

示例代码（U-Boot）：

c

深色版本

int board_init_f(int flag) { /* Initialize common hardware */ /* Enable clocks */ enable_clocks(); /* Setup GPIO pins */ setup_gpio(); /* Setup memory controller */ setup_memory_controller(); /* Setup UART */ setup_uart(); /* Setup NAND flash */ setup_nand_flash(); return 0; } int do_bootm(cmd_table_t *cmdtp, int flag, int argc, char *argv[]) { ulong loadaddr, entrypoint; int ret; /* Load kernel image */ loadaddr = load_kernel_image(); /* Set entry point */ entrypoint = get_entry_point(loadaddr); /* Jump to kernel */ ret = jump_to_kernel(entrypoint); return ret; }

总结

通过上述介绍，你已经了解了BSP中硬件初始化代码、设备驱动程序、硬件抽象层（HAL）和启动加载程序（Bootloader）的基本概念和实现方法。每部分都是BSP不可或缺的一部分，它们共同作用以确保嵌入式系统的正常启动和运行。