Linux啟動代碼編程實驗.ppt

1,第4章,Linux啟動代碼編程實驗,2,BootLoader的基本概念,BootLoader是系統(tǒng)加電后運行的第一段軟件代碼。 嵌入式系統(tǒng)中，整個系統(tǒng)的加載啟動任務完全由 BootLoader來完成。比如在一個基于ARM920T core的嵌入式系統(tǒng)中，系統(tǒng)在上電或復位時都從地址0x00000000開始執(zhí)行，而在這個地址處安排的通常就是系統(tǒng)的BootLoader程序。 簡單地說，BootLoader就是在操作系統(tǒng)內核或用戶應用程序運行之前運行的一段小程序。通過這段小程序，我們可以初始化硬件設備、建立內存空間的映射圖，從而將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境帶到一個合適的狀態(tài)，以便為最終調用操作系統(tǒng)內核或用戶應用程序準備好正確的環(huán)境。 通常，BootLoader 是依賴于硬件而實現的，特別是在嵌入式領域，為嵌入式系統(tǒng)建立一個通用的 BootLoader 是很困難的。,3,Bootloader總結,功能 硬件初始化 引導操作系統(tǒng) 下載程序（串口、網口、USB） 燒寫flash 特征 程序復位運行入口點 通常用匯編語言+C語言編寫 代碼量較小,4,BootLoader 的移植和修改,BootLoader除了依賴于 CPU 的體系結構外，BootLoader 實際上也依賴于具體的嵌入式板級設備的配置，比如板卡的硬件地址分配，RAM芯片的類型，其他外設的類型等。 對于兩塊不同的嵌入式板而言，即使它們是基于同一種 CPU而構建的，如果他們的硬件資源和配置不一致的話，要想讓運行在一塊板子上的BootLoader程序也能運行在另一塊板子上，也還是需要作一些必要的修改。,5,BootLoader 的安裝,系統(tǒng)加電或復位后，所有的CPU通常都從CPU制造商預先安排的地址上取指令。比如，S3C2410在復位時都從地址 0x00000000 取它的第一條指令。 嵌入式系統(tǒng)通常都有某種類型的固態(tài)存儲設備(比如：ROM、EEPROM或FLASH等)被安排這個起始地址上，因此在系統(tǒng)加電后，CPU將首先執(zhí)行BootLoader程序。 也就是說對于基于S3C2410的這套系統(tǒng)，我們的BootLoader是從0地址開始存放的，而這塊起始地址需要采用可引導的固態(tài)存儲設備如FLASH。,6,用來控制 BootLoader 的設備或機制,串口通訊是最簡單也是最廉價的一種雙機通訊設備，所以往往在BootLoader中主機和目標機之間都通過串口建立連接，BootLoader 程序在執(zhí)行時通常會通過串口來進行 I/O，比如：輸出打印信息到串口，從串口讀取用戶控制字符等。當然如果認為串口通訊速度不夠，也可以采用網絡或者USB通訊，那么相應的在BootLoader中就需要編寫各自的驅動。,7,Boot Loader 的操作模式,啟動加載模式：這種模式也稱為“自主“（Autonomous）模式。也即BootLoader從目標機上的某個固態(tài)存儲設備上將操作系統(tǒng)加載到RAM中運行，整個過程并沒有用戶的介入。這種模式是BootLoader的正常工作模式。 下載模式：在這種模式下，目標機上的BootLoader將通過串口連接或網絡連接等通信手段從主機下載文件，比如：下載應用程序、數據文件、內核映像等。從主機下載的文件通常首先被BootLoader保存到目標機的RAM中，然后再被 BootLoader寫到目標機上的固態(tài)存儲設備中。BootLoader 的這種模式通常在系統(tǒng)更新時使用。工作于這種模式下的 BootLoader 通常都會向它的終端用戶提供一個簡單的命令行接口。,8,BootLoader與主機間文件傳輸的通信設備及協議,最常見的情況就是，目標機上的 BootLoader 通過串口與主機之間進行文件傳輸，傳輸可以簡單的采用直接數據收發(fā)，當然在串口上也可以采用xmodemymodemzmodem 協議以及在以太網上采用TFTP協議。,9,BootLoader的主要任務與典型結構框架,從操作系統(tǒng)的角度看，BootLoader的總目標就是正確地調用內核來執(zhí)行。 大多數BootLoader都分為stage1和stage2兩大部分。 依賴于CPU體系結構的代碼，比如設備初始化代碼等，通常都放在stage1中，而且通常都用匯編語言來實現，以達到短小精悍的目的，也就是前面說的啟動代碼。 而stage2 則通常用C語言來實現，這樣可以實現復雜的功能，而且代碼會具有更好的可讀性和可移植性。,10,BootLoader的主要任務與典型結構框架,BootLoader的stage1通常包括以下步驟 為加載 BootLoader 的 stage2 準備 RAM 空間 拷貝 BootLoader 的 stage2 到 RAM 空間中 設置好堆棧 跳轉到 stage2 的 C 入口點 BootLoader的stage2通常包括以下步驟 初始化本階段要使用到的硬件設備 調用應用程序或啟動內核,11,Stage 1初始化流程圖,stage 1的功能： RAM初始化，設置各個部件的時鐘和片選，將BootLoader拷貝到RAM中，設置堆棧，調用Stage 2。 注意：在本階段，特別是在堆棧設置之前，進行函數調用（也有些匯編子程序不需要使用堆棧）或者使用堆棧保存數據將產生不可預知的結果；,12,Stage 2,stage 2的功能： 初始化串口，顯示菜單，通過控制臺獲取用戶輸入，并執(zhí)行相應的命令操作。 stage 2的代碼通常用C語言編寫，以便于實現更復雜的功能，以及取得更好的代碼可讀性和可移植性。但是與普通C語言應用程序不同的是，在編譯和鏈接Boot Loader這樣的程序時，不能使用任何glibc庫中支持的函數。因此，從哪里跳轉進main()函數就成為需要解決的問題。直接把main()函數的起始地址作為整個第二階段執(zhí)行映像的入口點，或許是最直接的想法。 但是這樣做有兩個缺點： 無法通過main()函數傳遞函數參數； 無法處理main()函數返回的情況。 一種較為巧妙的方法是利用trampoline(彈簧床)的概念，即用匯編語言編寫一段trampoline小程序，并將這段小程序作為第二階段可執(zhí)行映像的執(zhí)行入口點?？梢栽趖rampoline匯編小程序中用CPU跳轉指令跳人到main()函數中去執(zhí)行；而當main()函數返回時，CPU執(zhí)行路徑顯然會再次回到trampoline程序。簡而言之，這種方法的思想就是用這段trampoline小程序作為main()函數的外部包裹(External Wrapper)。,13,VIVI,VIVI是韓國Mizi公司開發(fā)的一種Boot Loader，適合于ARM9處理器，支持S3C2410X。本實驗系統(tǒng)采用的Boot Loader就是VIVI 同所有的Boot Loader一樣，VIVI也有兩種工作模式，即啟動加載模式和下載模式。在正常運行時，都工作在啟動加載模式。 VIVI提供了MTD(Memory Technolog Device) 通過修改代碼就可以從不同的存儲器啟動。,14,VIVI編譯及使用實驗,【實驗目的】 了解以VIVI為Boot Load的Linux系統(tǒng)。 通過實驗掌握VIVI工作原理及移植過程。 通過實驗掌握VIVI的配置、編譯、構造和使用。 【實驗設備】 硬件：EDUKIT-III實驗平臺，S3C2410核心子板，Embest JTAG仿真器套件， PC機。 軟件：Windows XP操作系統(tǒng)，Cygwin Unix模擬平臺。 【實驗內容】 配置及編譯VIVI。 燒寫VIVI映像到Flash中作為Linux系統(tǒng)的Boot Loader，并運行。 【實驗原理】,15,1Boot Loader的作用 Boot Loader是嵌入式系統(tǒng)中，處理器加電復位后首先執(zhí)行的一段代碼。Boot Loader與硬件密切相關，其代碼主要由匯編語言和C語言編寫。對于不同的系統(tǒng)，Boot Loader的功能有所不同，但主要作用是基本相同的，有以下幾點： 初始化CPU運行的時鐘頻率； 初始化Flash和內存的數據寬度、讀寫訪問周期和刷新周期； 初始化中斷系統(tǒng)； 初始化系統(tǒng)中各種片內、片外設備和IO端口； 初始化系統(tǒng)各種運行模式下的寄存器和堆棧； 加載和引導操作系統(tǒng),16,2VIVI的啟動方式 VIVI可以從Nand Flash中啟動，也可以從Nor Flash中啟動。選擇從不同類型的Flash上啟動，其使用方法會有一些差別: 如果VIVI是燒寫到Nand Flash中的，那么VIVI將從Nand Flash啟動。由于NandFlash沒有專門的地址線，所以它在系統(tǒng)中根本就沒有地址空間(其結構是共用地址和數據總線，分時發(fā)送地址和數據)，因此只適合用來存放數據，而不能夠直接在其上執(zhí)行程序指令。S3C2410專門內置了一個Nand Flash控制器，通過在芯片內設置名叫Step Stone的4 KB RAM來完成Nand Flash的啟動功能。因此，通過Nand Flash啟動的啟動代碼不能超過4KB。 如果VIVI是燒寫到Nor Flash中的，那么VIVI將從Nor Flash啟動。因為Nor Flash具有XIP特性(能夠直接在其上執(zhí)行程序指令)，所以VIVI將一直在Nor Flash上運行，直到進入main()函數中的mem_map_init()函數,17,3.VIVI操作命令 Load part,param,boot,flash,bon,help 4.配置和編譯VIVI 5.燒寫VIVI映像,18,VIVI編譯及使用實驗,【實驗步驟】 復制EDUKIT-III 2410的VIVI補丁文件ViVkit2410.patch到$SOURCEDIR/patch目錄下。 運行Cygwin VIVI源代碼直接使用4.1節(jié)中介紹的代碼，并按以下命令打入補丁(P140) 編譯VIVI (在Cygwin窗口中輸入如下命令:書P140) 把編譯好的VIVI燒到實驗箱Nor Flash(0x00x20000)中 實驗箱加電運行VIVI (運行VIVI后可在超級終端上看到類似書P141的輸出結果) 復位重新運行VIVI,按非Return鍵,進入ViVi提示符后,執(zhí)行help命令,19,【實驗 過程】,運行Cygwin,20,【實驗 過程】,清除老文件,運行配置命令,21,【實驗 過程】,加載配置文件,22,【實驗 過程】,輸入已存在的配置文件名,配置文件名,23,【實驗 過程】,保存,退出,24,【實驗 過程】,運行配置命令后的結果,25,【實驗 過程】,編譯,鏈接VIVI,生成boot image文件,26,【實驗 過程】,VIVI boot image文件所在目錄,27,【實驗 過程】,連接并口線到仿真器,啟動燒錄程序,調配置文件,28,【實驗 過程】,進行設置,29,【實驗 過程】,開始燒錄,30,【實驗 過程】,連接好串口線,在PC機上啟動超級終端程序, 實驗箱加電運行VIVI,31,【實驗 過程】,復位后,重新運行VIVI,按非Return鍵,進入ViVi提示符后