嵌入式系統(tǒng)的bootloader

1、嵌入式系統(tǒng)的bootloaderBoot Loader 所支持的 CPU 和嵌入式板 每種不同的 CPU 體系結(jié)構(gòu)都有不同的 Boot Loader。有些 Boot Loader 也支持多種體系結(jié)構(gòu)的 CPU，比如 U-Boot 就同時(shí)支持 ARM 體系結(jié)構(gòu)和MIPS 體系結(jié)構(gòu)。除了依賴于 CPU的體系結(jié)構(gòu)外，Boot Loader 實(shí)際上也依賴于具體的嵌入式板級(jí)設(shè)備的配置。這也就是說(shuō)，對(duì)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(gòu)建的，要想讓運(yùn)行在一塊板子上的 Boot Loader 程序也能運(yùn)行在另一塊板子上，通常也都需要修改 Boot Loader 的源程序。 嵌入式 L

2、inux 系統(tǒng)的四個(gè)層次1. 引導(dǎo)加載程序。包括固化在固件(firmware)中的 boot 代碼(可選)，和 Boot Loader 兩大部分。 2. Linux 內(nèi)核。特定于嵌入式板子的定制內(nèi)核以及內(nèi)核的啟動(dòng)參數(shù)。 3. 文件系統(tǒng)。包括根文件系統(tǒng)和建立于 Flash 內(nèi)存設(shè)備之上文件系統(tǒng)。通常用 ram disk 來(lái)作為 root fs。 4. 用戶應(yīng)用程序。特定于用戶的應(yīng)用程序。有時(shí)在用戶應(yīng)用程序和內(nèi)核層之間可能還會(huì)包括一個(gè)嵌入式圖形用戶界面。常用的嵌入式 GUI 有：MicroWindows 和 MiniGUI 懂。 系統(tǒng)的典型構(gòu)建Boot Loader 的操作模式 (Operatio

3、n Mode) 大多數(shù) Boot Loader 都包含兩種不同的操作模式：?jiǎn)?dòng)加載模式和下載模式，這種區(qū)別僅對(duì)于開發(fā)人員才有意義。但從最終用戶的角度看，Boot Loader 的作用就是用來(lái)加載操作系統(tǒng)，而并不存在所謂的啟動(dòng)加載模式與下載工作模式的區(qū)別。啟動(dòng)加載（Boot loading）模式：這種模式也稱為自主（Autonomous）模式。也即 Boot Loader 從目標(biāo)機(jī)上的某個(gè)固態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備上將操作系統(tǒng)加載到 RAM 中運(yùn)行，整個(gè)過(guò)程并沒(méi)有用戶的介入。這種模式是 Boot Loader 的正常工作模式，因此在嵌入式產(chǎn)品發(fā)布的時(shí)侯，Boot Loader 顯然必須工作在這種模式下。下載（

4、Downloading）模式：在這種模式下，目標(biāo)機(jī)上的 Boot Loader 將通過(guò)串口連接或網(wǎng)絡(luò)連接等通信手段從主機(jī)（Host）下載文件，比如：下載內(nèi)核映像和根文件系統(tǒng)映像等。從主機(jī)下載的文件通常首先被 Boot Loader 保存到目標(biāo)機(jī)的 RAM 中，然后再被 Boot Loader 寫到目標(biāo)機(jī)上的FLASH 類固態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備中。Boot Loader 的這種模式通常在第一次安裝內(nèi)核與根文件系統(tǒng)時(shí)被使用；此外，以后的系統(tǒng)更新也會(huì)使用 Boot Loader 的這種工作模式。工作于這種模式下的 Boot Loader 通常都會(huì)向它的終端用戶提供一個(gè)簡(jiǎn)單的命令行接口Boot Loader 的

5、主要任務(wù)與典型結(jié)構(gòu)框架假定內(nèi)核映像與根文件系統(tǒng)映像都被加載到 RAM 中運(yùn)行。之所以提出這樣一個(gè)假設(shè)前提是因?yàn)?，在嵌入式系統(tǒng)中內(nèi)核映像與根文件系統(tǒng)映像也可以直接在 ROM 或 Flash 這樣的固態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備中直接運(yùn)行。但這種做法無(wú)疑是以運(yùn)行速度的犧牲為代價(jià)的。從操作系統(tǒng)的角度看，Boot Loader 的總目標(biāo)就是正確地調(diào)用內(nèi)核來(lái)執(zhí)行。 由于 Boot Loader 的實(shí)現(xiàn)依賴于 CPU 的體系結(jié)構(gòu)，因此大多數(shù) Boot Loader 都分為 stage1 和 stage2 兩大部分。依賴于 CPU 體系結(jié)構(gòu)的代碼，比如設(shè)備初始化代碼等，通常都放在 stage1 中，而且通常都用匯編語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)

6、，以達(dá)到短小精悍的目的。而 stage2 則通常用C語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣可以實(shí)現(xiàn)給復(fù)雜的功能，而且代碼會(huì)具有更好的可讀性和可移植性。 Boot Loader 的 stage1 通常包括以下步驟(以執(zhí)行的先后順序)：硬件設(shè)備初始化。為加載 Boot Loader 的 stage2 準(zhǔn)備 RAM 空間。拷貝 Boot Loader 的 stage2 到 RAM 空間中。設(shè)置好堆棧。跳轉(zhuǎn)到 stage2 的 C 入口點(diǎn)。Boot Loader 的 stage2 通常包括以下步驟(以執(zhí)行的先后順序)：初始化本階段要使用到的硬件設(shè)備。檢測(cè)系統(tǒng)內(nèi)存映射(memory map)。將 kernel 映像和根文件系

7、統(tǒng)映像從 flash 上讀到 RAM 空間中。為內(nèi)核設(shè)置啟動(dòng)參數(shù)。調(diào)用內(nèi)核。Boot Loader 的 stage1 這是 Boot Loader 一開始就執(zhí)行的操作，其目的是為 stage2 的執(zhí)行以及隨后的 kernel的執(zhí)行準(zhǔn)備好一些基本的硬件環(huán)境。它通常包括以下步驟（以執(zhí)行的先后順序）： 1屏蔽所有的中斷。為中斷提供服務(wù)通常是 OS 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的責(zé)任，因此在 Boot Loader 的執(zhí)行全過(guò)程中可以不必響應(yīng)任何中斷。中斷屏蔽可以通過(guò)寫 CPU 的中斷屏蔽寄存器或狀態(tài)寄存器（比如 ARM 的 CPSR 寄存器）來(lái)完成。 2設(shè)置 CPU 的速度和時(shí)鐘頻率。 3RAM 初始化。包括正確地

8、設(shè)置系統(tǒng)的內(nèi)存控制器的功能寄存器以及各內(nèi)存庫(kù)控制寄存器等。 4初始化 LED。典型地，通過(guò) GPIO 來(lái)驅(qū)動(dòng) LED，其目的是表明系統(tǒng)的狀態(tài)是 OK 還是 Error。如果板子上沒(méi)有 LED，那么也可以通過(guò)初始化 UART 向串口打印 Boot Loader 的Logo 字符信息來(lái)完成這一點(diǎn)。 5 關(guān)閉 CPU 內(nèi)部指令數(shù)據(jù) cache。第二的boot loader，可以更加形象得被稱為內(nèi)核加載程序。這個(gè)階段的任務(wù)就是加載linux內(nèi)核，以及可選的初始化內(nèi)存盤。簡(jiǎn)單說(shuō)一下bootloader的移植首先修改makefile里的交叉編譯器 設(shè)定交叉編譯器的路徑，對(duì)于arm的bootloader選用

9、arm-linux-gcc,運(yùn)行環(huán)境是在linux下主要修改的文件有include/configs/2410.h - 配置文件,大部分參數(shù)是這里配置的. board/wx/wx20/lowlevel_init.S - 內(nèi)存參數(shù)配置 cpu/s3c44b0/serial.c - 串口配置 cpu/s3c44b0/start.S - 程序入口lib_arm /armlinux比如2410.h里的（摘錄；部分）#defineCFG_LONGHELP/* undef to save memory*/#defineCFG_PROMPTARMSYS2410-B # /* Monitor Command P

10、rompt*/#defineCFG_CBSIZE256/* Console I/O Buffer Size*/#define CFG_MEMTEST_START0 x30000000/* memtest works on*/#define CFG_MEMTEST_END0 x33F00000/* 63 MB in DRAM*/#defineCFG_LOAD_ADDR0 x33000000/* default load address*/#define PHYS_FLASH_SIZE0 x00100000 /* 1MB */#define CFG_MAX_FLASH_SECT(19) /* ma

11、x number of sectors on one chip */#define CFG_ENV_ADDR(CFG_FLASH_BASE + 0 x0F0000) /* addr of environment */* #define CONFIG_BOOTARGS root=ramfs devfs=mount console=ttySAC0,115200 */#define CONFIG_BOOTARGS noinitrd root=/dev/bon/2 init=/linuxrc console=ttyS0#define CONFIG_ETHADDR08:00:3e:26:0a:5b /*

12、#define CONFIG_BOOTFILEelinos-lart */#define CONFIG_BOOTCOMMANDtftp 30007fc0 z; bootm 30007fc0 修改后重新編譯會(huì)生成u-boot.bin二進(jìn)制文件一個(gè)成功移植后的啟動(dòng)代碼：U-Boot 1.1.4 (Jan 14 2006 - 02:09:02)U-Boot code: 33F80000 - 33F9985C BSS: - 33F9D970RAM Configuration:Bank #0: 30000000 64 MBFlash: 1 MBIn: serialOut: serialErr: seri

13、alHit any key to stop autoboot: 0smdk2410= tftp TFTP from server 5; our IP address is 28 Filename zImage. Load address: 0 x 33000000 Booting image at 33000000. Image Name: linux-2.6.10 Created: 2006-01-12 20:31:21 UTC Image Type: ARM Linux Kernel Image (uncompressed) Data Size: 900588 Bytes = 879.5 kB Load Address: 33000000 Entry Point: 30008000Verifying Checksum . OK XIP Kernel Image . OK# Transferring control to Linux (at address 30008000) .Kernel comm