本課程將透過ARM開發工具模擬器操作，以實際瞭解ARM核心架構。對於ARM核心的指令集、記憶體處理器(MMU)、中斷處理等。課程使用開源硬體平台 Raspberry Pi實作一個ARM Bootstrap Loader，從中你可以了解從最底層的ARM Assembly到C main函式所發生的每一件事。實作中也以bare-metal (Non-OS) 方式,驅動如GPIO、UART、TIMER等I/O，另也以實際code說明 Raspberry Pi 的SoC晶(BCM2835/BC2836)中, ARM CPU如何和GPU通訊。最後，有鑑於學員在實際工作上所使用的開發工具大多為GNU工具，除ADS開發套件外，最後將講習如何將程式轉換為GNU工具可使用的原始碼。<<對於想要從無到有開發一套ARM-based作業系統, 本課程絕對是一個OS開發者的前哨站>>

TAG: ARM , Bare Metal開發, Boot Loader, RaspberryPi,GPU,GNU,Mailbox, Framebuffer. BCM283x, broadcom, ADS, DS-5

1. 對ARM 架構和其底層系統程式開發有興趣者。
2. 想從事ARM BSP development、ARM Bootloader/BIOS programming 研發相關工作者。
3.須具C程式設計基礎。

韌體工程師 │ BIOS 工程師 │ Linux驅動程式工程師 │ RTOS 工程師 │ 嵌入式系統工程師

什麼是Bare Metal開發   ?

Bare Metal or (Bare Machine) 開發指的是在沒有OS作業系統的環境下來開發程式, 在這種環境下所開發出來的產物, 像是BIOS程式, Boot Loader 這類的程式。

藉由Bare Metal 開發, 我們可以學些什麼? 

1.ARM的CPU架構及組合語言

2.ARM Exception Vector Table & ARM例外處理

3.Boot From Where ?  CPU initialize & DRAM controller initialize 

4.How to write Startup Code ? 如何撰寫Linker Script 

5.SoC中斷控制器 & ISR (Interrupt Service Routine)

6.在沒有OS情況下要如何撰寫程式,包含Application或Chip Driver

7.CPU和GPU如何通訊？

1. SoC基本架構

2. ARM處理器架構

3. ARM組合語言

4. Thumb mode

5. ARM 標準程序呼叫

6. ARM Exception handling /例外中斷處理

7. Memory Barrier & Coprocessor

8.系統程式-Linker & startup code

9.Bare-metal Development using Raspberry Pi 3

  ■ 認識Broadcom BCM283x SoC
  ■ Raspberry Pi 3開機流程
  ■ 實作 GPIO 驅動-LED, Button
  ■ 實作BCM2835 中斷控制器
  ■ 實作System Timer 中斷
  ■ 實作GPIO中斷
  ■ 實作UART

10. GPU 與ARM間的溝通
  
  ■ 用Mailbox 界面實作Framebuffer

沒有它，什麼都不會動！ARM Bootloader驅動程式設計是嵌入式系統最底層的核心技術，如同電腦BIOS的角色。這技術就是談晶片開機的動作，從ARM初始化、DRAM初始化、Flash初始化、SoC中斷控制器到一般GPIO、UART等驅動。有能力設計Bootloaer你必須對你的CPU架構很清楚，例如使用ARM就必須了解ARM架構及指令集，了解Linker/Linker Script作用，及了解你的SoC晶片手冊(DataSheet)。Bootloader設計工作是位在嵌入式系統非常初期的階段，這對於IC設計公司或是會自己開IC的公司，是一項非常重要的核心技術。然而大多數系統廠商不常碰到這麼低階的開發技術，但若能擁有此項技術也會有非常多的幫助，因為有些工作是可以自己做的：如DRAM、Flash的容量的變更(這不是換chip而已)要如何改code、如何設計韌體救援模式(當韌體更新失敗時)、如何設計雙系統開機選擇，如平板可以選擇Windows 10或Android 開機。

在台灣很少有大學能夠開這種課程，因此初入職場的工程師，幾乎沒有人知道這項技術核心。在業界中因為會的人少，薪水更是高人一等，最低起碼6萬元起跳！

事實上，這個技術的學習是能夠有能力自幹一套作業系統的開始。