1 Boot Loader概述
簡單地說，在操作系統內核運行之前，通過一小程序，可以初始化硬件設備、建立內存空間的映射圖等，從而將系統的軟硬件環境帶到一個合適的狀態，以便爲最終調用操作系統內核配置好相應的環境，也可以下載文件到系統板上的SDRAM，對Flash進行擦除與編程，這個小程序一般稱爲Boot Loader。可以說，一個功能完善的Boot Loader已經相當於一個微型的操作系統了。
Boot Loader作爲系統復位或上電後首先運行的代碼，一般應寫入Flash存儲器並從起始物理地址0x0開始。Boot Loader是非常依賴於硬件而實現的，而且根據實現的功能不同，其複雜程度也各不相同。一個簡單的Boot Loader可以只完成USB口的初始化，而功能完善的Boot Loader可以支持比較複雜的命令集，對系統的軟硬件資源進行合理的配置與管理。因此，建立一個通用的Boot Loader幾乎是不可能的。
儘管Boot Loader的功能各不相同，我們仍然可以對Boot Loader歸納出一些通用的概念來，以指導用戶對特定要求的Boot Loader設計與實現。Boot Loader一般應包括系統初始化過程，然後用戶根據其系統的自身需求，具體設計。
系統初始化代碼直接對ARM微處理器內核及硬件控制器編程，多采用彙編語言編程，初始化代碼一般應包括如下典型任務：
1. 定義程序入口點；
2. 設置異常和中斷向量表；
3. 初始化存儲設備；
4. 初始化堆棧指針寄存器；
5. 初始化用戶執行環境；
6. 呼叫主應用程序。
1.1 定義程序入口
初始化代碼必須定義整個程序的入口點。通過僞指令Entry指定編譯器保留該段代碼，同時配合鏈接器的設置，確定整個程序的入口點。
1.2 設置異常和中斷向量表
異常和中斷處理是嵌入式系統的重要核心部分。它們負責處理錯誤、中斷和其它由外部系統觸發的事件。
ARM要求異常向量表必須放置在從0地址開始，連續32（8X4）字節的空間內，各異常的位置如表1所示。
每當一個異常發生以後，系統執行完當前指令後，ARM微處理器會執行以下幾步操作：
(1） 把cpsr保存到相應異常模式下的spsr；
(2） 把pc保存到相應異常模式下的lr；
(3） 設置cpsr爲相應的異常模式（異常及其對應的模式見圖1）；
(4） 設置pc爲相應異常處理程序的入口地址。
因爲每個異常只佔據向量表中1個字的存儲空間，只能放置一條ARM指令，所以該指令必須使程序跳轉到存儲器存儲異常處理程序的地方，再執行異常處理程序。
執行完異常處理程序，要從異常中斷處理程序中返回。
從異常中斷處理程序中返回包括下面兩個基本操作：
(1） 恢復被屏蔽的程序的處理器狀態
(2） 返回到發生異常中斷的指令的下一條指令處繼續執行。
當異常發生時，程序計數器PC所指的位置對於各種不同的異常是不同的，同樣，返回地址對於各種不同的異常中斷也是不同的。例外的是，復位異常中斷處理程序不需要返回，因爲整個應用系統是從復位異常中斷處理程序開始執行的。
總的來說，異常處理過程爲：當異常發生時，系統執行完當前指令後，將跳轉到相應的異常處理程序處執行。當異常處理程序執行完成後，程序返回到發生異常的指令的下一條指令處執行。在進入異常處理程序時，要保存被中斷的程序的執行現場。從異常處理程序退出時，要恢復被中斷的程序的執行現場。
IRQ和FIQ異常是用來處理外圍設備中斷的，不同的ARM芯片生產商，生產的芯片會有所不同。
1.3初始化存儲設備
初始化存儲器系統主要是對系統存儲器控制器的初始化，如果系統具有存儲器管理單元，也必須對其進行初始化。
ARM微處理器架構的理論尋址能力爲4GB，但是對於一個特定的系統來說，所配備的實際物理存儲器遠沒有那麼多。出於對芯片的面積、成本、使用靈活性等方面的考慮，這麼大容量的存儲器如果設計在芯片內部是不能被接受的。因此，基於ARM微處理器的系統一般都需要外擴大容量的存儲器，這些存儲器是由專門的存儲器控制器控制的。
因爲存儲器控制器並非標準ARM微處理器架構的一部分，所以不同的ARM微處理器，設計也會各不相同，初始化代碼自然也會有一些差異，但一般包含如下兩個方面：
1. 存儲器類型和時序的配置
ARM微處理器一般都設計有多種類型的存儲器接口，需要根據具體的系統設計加以正確配置，且對於同在一種類型的存儲器，也會因爲訪問速度的差異進行不同的時序設置。
存儲器接口時序優化是非常重要的，這會影響到整個系統的性能。因爲一般系統運行的速度瓶頸都存在於存儲器訪問，所以存儲器訪問時序應儘可能的快；而同時又要考慮到由此帶來的穩定性問題，應根據不同的情況來配置。一般一個特定的系統，需要進行多次測試，才能確定最佳的時序配置。
2. 存儲器的地址分配與地址重映射
ARM微處理器架構的理論尋址能力爲4GB，但是對於一個特定的系統來說，所配備的實際物理存儲器遠沒有那麼多。因此，存儲器的地址分配也就是將物理存儲器定位在4GB地址空間的哪個具體位置。
ARM微處理器通常採用兩種方式來完成地址分配：一種方式採用固定的存儲器地址分配，即物理存儲器的起始地址是固定的；另一種方式採用存儲器重映射的手段，使物理存儲器的起始地址可以在有效的地址空間內任意改變，即物理存儲器的地址是不固定的。
基於固定存儲器地址分配的ARM微處理器系統，當系統的硬件設計完成以後，物理存儲器地址也就確定了，在軟件設計的程序流程中考慮就簡單一些。而對於具有存儲器地址重映射功能的系統，這個過程就複雜的多。
一種典型的存儲器地址重映射過程描述如下：當系統上電或復位以後，PC指針指向0x0，程序從0x0地址開始執行，因此，爲了能正確讀取代碼，要求此時Flash（或其它類型的ROM）的起始地址爲0x0。但Flash（或其它類型的ROM）的訪問速度大大低於RAM，每次產生異常後，都要從Flash（或其它類型的ROM）的異常向量表調轉到相應的處理程序，會影響異常的響應速度，因此，系統便提供一種靈活的地址重映射方法，在系統完成必要地初始化以後，將RAM安排到0x0地址處，而將原來位於0x0處的Flash（或其它類型的ROM）安排到其他的地方上去，加快異常的響應速度。
這個過程中最容易出錯的地方是如何保證程序執行流程的連續性。因爲PC指針最初在Flash裏取指令執行，在進行地址重映射以後，Flash（或其它類型的ROM）被安排到其他地址上去了，而當前地址被安排爲RAM，如果事先沒有對RAM的內容進行正確地設置，在往下取指令執行就會出錯，即程序的連續性被存儲器地址重映射這種變化所打斷。
常用的處理方法是：先將Flash（或其它類型的ROM）的內容全部複製到RAM中，然後再進行地址重映射。此時儘管Flash（或其它類型的ROM）和RAM的物理地址發生了變化，但由於RAM中的內容與原來的Flash（或其它類型的ROM）是一樣的，PC指針就可以繼續取得正確地指令執行，從而保證了程序流程的連續性。
1.4 初始化堆棧
因爲ARM有7種執行狀態，每一種狀態的堆棧指針寄存器（SP）都是獨立的（注意System和User模式使用同一個SP）。所以，對程序中需要用到的每一種模式都要給SP定義一個堆棧地址。方法是改變狀態寄存器內的狀態位，使處理器切換到不同的狀態，然後給SP賦值。注意：不要切換到User模式進行User模式的堆棧設置，因爲進入User模式後就不能再操作CPSR回到別的模式了，可能會對接下去的程序執行造成影響。
1.5 初始化用戶執行環境
主要包括初始化臨界I/O設備，初始化應用程序執行環境，改變處理器的運行模式和狀態，使能中斷4部分。
初始化臨界I/O設備。臨界I/O設備是指哪些使能中斷之前必須進行初始化的設備。如果不對這些設備進行必要的初始化，它們可能會在使能中斷後產生一些沒有意義的中斷請求，從而影響程序的運行。
初始化應用程序執行環境。程序代碼通過編譯、鏈接後生成可執行映像文件，一個ARM映像文件由RO，RW和ZI三個段組成，其中RO爲代碼段，RW是已初始化的全局變量，ZI是未初始化的全局變量。映像一開始總是存儲在ROM／Flash裏面的，其RO部分即可以在ROM／Flash裏面執行，也可以轉移到速度更快的RAM中執行；而RW和ZI這兩部分是必須轉移到可寫的RAM裏去。所謂應用程序執行環境的初始化，就是完成必要的從ROM到RAM的數據傳輸和內容清零。
改變處理器的運行模式和狀態。ARM微處理器在復位或上電狀態下的默認模式爲系統管理模式，而在初始化代碼中可能需要切換到其它模式進行必要的操作，如初始化各個模式下的堆棧指針寄存器。因此，在系統的初始化過程中處理器模式一般會經歷如圖2所示的變化。同時，ARM微處理器在復位後總是處於ARM狀態，對於兼容Thumb指令的處理器如果應用程序的入口點對應Thumb指令，則必須將微處理器切換到Thumb狀態。
使能中斷。如果系統需要使用中斷，初始化代碼應該使能中斷。中斷使能可以通過清除CPRS中的中斷禁止位來完成。
1.6 呼叫主應用程序
當所有的系統初始化工作完成之後，就需要把程序流程轉入主應用程序。如果主應用程序是由C代碼編寫，可以通過以下兩種方式進入C代碼運行，最簡單的情況如下：
IMPORT C_Entry ；定義一個外部標號，最好不使用main
B C_Entry ；跳轉到該處執行
在ARM的ADS編譯環境中，還另外提供了一種進入C代碼的機制：
IMPORT __main
B __main
__main()是編譯器提供的一個函數，負責完成庫函數的初始化和對C代碼運行環境的初始化，最後自動調轉到main()函數執行，此時應用程序的主函數名必須是main()。
用戶可以根據需要選擇是否使用main()函數，如果想讓系統自動完成初始化過程，可以使用main()函數；如果所有的初始化過程都由用戶自己完成，則不使用main()。