bootloader的原理及实现过程详解
一、背景 在嵌入式操作系统中，bootloader是在操作系统内核运行之前运行。可以初始化硬件设备、建立内存空间映射图，从而将系统的软硬件环境带到一个合适状态，以便为最终调用操作系统内核准备好正确的环境。在嵌入式系统中，通常并没有像bios那样的固件程序
二、实现思路 bootloader其实就是一段启动程序，它在芯片启动的时候首先被执行，它可以用来做一些硬件的初始化，当初始化完成之后跳转到对应的应用程序中去。
我们可以将内存分为两个区，一个是启动程序区(0x0800 0000 - 0x0800 2000 )大小为8k bytes，剩下的为应用程序区（0x0800 2000 - 0x0801 0000）。
芯片上电时先运行启动程序，然后跳转到应用程序区执行应用程序。
三、程序跳转 bootloader一个主要的功能就是首先程序的跳转。在stm32中只要将要跳转的地址直接写入pc寄存器，就可以跳转到对应的地址中去。
怎么实现呢？
当我们实现一个函数的时候，这个函数最终会占用一段内存，而它的函数名代表的就是这段内存的起始地址。当我们调用这个函数的时候，单片机会将这段
内存的首地址（函数名对应的地址）加载到pc寄存器中，从而跳转到这段代码来执行。那么我们也可以利用这个原理，定义一个函数指针，将这个指针指向我们
想要跳转的地址，然后调用这个函数，就可以实现程序的跳转了。
代码如下：
#define app_addr 0x08002000 //应用程序首地址定义 typedef void (*app_func)(); //函数指针类型定义app_func jump2app; //定义一个函数指针jump2app = ( app_func )(app_addr + 4); //给函数指针赋值jump2app(); //调用函数指针，实现程序跳转 上面的代码实现了我们要的跳转功能，但是为什么要跳转到（app_addr + 4） 这个地址，而不是app_addr.
首先我们要了解主控芯片的启动过程。以stm32为例，在芯片上电的时候，首先会从内存地址位0x0800 0000(由启动模式决定)的地方加载栈顶地址（4字节），从0x0800 0004的地方加载程序复位地址（4字节），然后跳转到对应的复位地址去执行。
所以上面的程序会中，jump2app这个函数指针的地址为（app_addr + 4），调用这个函数指针的时候，芯片内核会自动跳转到这个指针指向的内存地址，也即是应用程序的复位地址。
四、加载栈地址 实际运行会发现，上面的程序可能会出现问题。因为我们还缺少了一个栈地址的加载过程，也就是芯片上电的第一个动作。这里要用到一点汇编的知识：
__asm void msr_msp(uint32_t addr){ msr msp, r0 bx r14;} __asm void msr_msp(uint32_t addr) 是mdk嵌入式汇编形式。 msr msp, r0 意思是将r0寄存器中的值加载到msp（主栈寄存器，复位时默认使用）寄存器中，r0中保存的是参数值，即addr的值
bx r14 跳转到连接寄存器保存的地址中，即退出函数，跳转到函数调用地址
完整的程序如下：
#define app_addr 0x08002000 //应用程序首地址定义 typedef void (*app_func)(); //函数指针类型定义/** * @brief * @param * @retval */__asm void msr_msp(uint32_t addr){ msr msp, r0 bx r14;}/** * @brief * @param * @retval */void run_app(uint32_t app_addr){ uint32_t reset_addr = 0; app_func jump2app; /* 跳转之前关闭相应的中断 */ nvic_disableirq(systick_irqn); nvic_disableirq(lpuart_irq); /* 栈顶地址是否合法(这里sram大小为8k) */ if(((*(uint32_t *)app_addr)&0x2fffe000) == 0x20000000) { /* 设置栈指针 */ msr_msp(app_addr); /* 获取复位地址 */ reset_addr = *(uint32_t *)(app_addr+4); jump2app = ( app_func )reset_addr; jump2app(); } else { printf(app not found!n); }} 五、编译设置 我们需要在设置界面将默认（0x8000000）改为我们的应用程序地址（0x8002000）
六、中断向量表重映射 完成了上面的工作，实际测试发现程序还是无法正确运行。原因是我们没有进行中断向量表的重映射。向量表映射？什么时候有做过这个工作，我们来看一下：
.s文件里有如下代码：
; reset handler routinereset_handler proc export reset_handler [weak] import __main import systeminit ldr r0, =systeminit blx r0 ldr r0, =__main bx r0 endp 这代码表示，程序在执行main函数之前，会先执行systeminit这个函数。下面看看这个函数：
/** * @brief setup the microcontroller system. * @param none * @retval none */void systeminit (void){/*!cr |= (uint32_t)0x00000100u; /*!cfgr &= (uint32_t) 0x88ff400cu; /*!cr &= (uint32_t)0xfef6fff6u; /*!crrcr &= (uint32_t)0xfffffffeu; /*!cr &= (uint32_t)0xfffbffffu; /*!cfgr &= (uint32_t)0xff02ffffu; /*!cier = 0x00000000u; /* configure the vector table location add offset address ------------------*/#ifdef vect_tab_sram scb->vtor = sram_base | vect_tab_offset; /* vector table relocation in internal sram */#else scb->vtor = flash_base | vect_tab_offset; /* vector table relocation in internal flash */#endif} 从上面的代码可以看到，这个函数主要是做了时钟的初始化和中断初始化，还有就是中断向量表的映射，就是最后那一段代码
再看看flash_base 和 vect_tab_offset的定义：
这里默认映射地址就是flash的初始地址，所以只要将其改成我们程序的起始地址就行了: scb->vtor = 0x08002000
编译，运行，下载.
七、总结 程序跳转完成，对于bootloader来说也就完成了一大半。剩下的就是根据自己的需求去完善相应功能了，比如我的在线升级功能，就要在bootloader里做固件接收和校验的功能。这里有一点需要特别注意的是，跳转程序之前最好把你用到的中断都关了，不然跳转之后的程序没有对应的中断处理函数，那就又可能使得程序进入死循环中。
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我们可以将内存分为两个区，一个是启动程序区(0x0800 0000 - 0x0800 2000 )大小为8k bytes，剩下的为应用程序区（0x0800 2000 - 0x0801 0000）。
芯片上电时先运行启动程序，然后跳转到应用程序区执行应用程序。
三、程序跳转 bootloader一个主要的功能就是首先程序的跳转。在stm32中只要将要跳转的地址直接写入pc寄存器，就可以跳转到对应的地址中去。
怎么实现呢？
当我们实现一个函数的时候，这个函数最终会占用一段内存，而它的函数名代表的就是这段内存的起始地址。当我们调用这个函数的时候，单片机会将这段
内存的首地址（函数名对应的地址）加载到pc寄存器中，从而跳转到这段代码来执行。那么我们也可以利用这个原理，定义一个函数指针，将这个指针指向我们
想要跳转的地址，然后调用这个函数，就可以实现程序的跳转了。
代码如下：
#define app_addr 0x08002000 //应用程序首地址定义 typedef void (*app_func)(); //函数指针类型定义app_func jump2app; //定义一个函数指针jump2app = ( app_func )(app_addr + 4); //给函数指针赋值jump2app(); //调用函数指针，实现程序跳转 上面的代码实现了我们要的跳转功能，但是为什么要跳转到（app_addr + 4） 这个地址，而不是app_addr.
首先我们要了解主控芯片的启动过程。以stm32为例，在芯片上电的时候，首先会从内存地址位0x0800 0000(由启动模式决定)的地方加载栈顶地址（4字节），从0x0800 0004的地方加载程序复位地址（4字节），然后跳转到对应的复位地址去执行。
所以上面的程序会中，jump2app这个函数指针的地址为（app_addr + 4），调用这个函数指针的时候，芯片内核会自动跳转到这个指针指向的内存地址，也即是应用程序的复位地址。
四、加载栈地址 实际运行会发现，上面的程序可能会出现问题。因为我们还缺少了一个栈地址的加载过程，也就是芯片上电的第一个动作。这里要用到一点汇编的知识：
__asm void msr_msp(uint32_t addr){ msr msp, r0 bx r14;} __asm void msr_msp(uint32_t addr) 是mdk嵌入式汇编形式。 msr msp, r0 意思是将r0寄存器中的值加载到msp（主栈寄存器，复位时默认使用）寄存器中，r0中保存的是参数值，即addr的值
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