10.1

Bootloader

概述Bootloader，啟動引導(dǎo)程序，又叫引導(dǎo)加載程序，功能強大的Bootloader也就直接叫做板級支持包（BSP,Board

Support

Packet）或者固件(Firmware)。近年來，為了方便 產(chǎn)品的推廣，也有些直接將Bootloader叫做BIOS。BIOS是PC機的“基本輸入輸出系統(tǒng)”，燒錄在電腦主板上一塊專門的

中。一般BIOS由主板廠商或者專門的BIOS生產(chǎn)商提供，不是開源的，用戶不能修改其中的代碼進行定制。而系統(tǒng)的開發(fā)則離不開Bootloader的開發(fā)，它也是整個系統(tǒng)開發(fā)中的難點之一。10.1.1

Bootloader

的作用Bootloader是在 操作系統(tǒng)內(nèi)核運行之前運行的一段小程序，也是系統(tǒng)開機后執(zhí)行的第一段程序。通過這段小程序，可以初始化硬件設(shè)備、建立內(nèi)存空間，從而將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境設(shè)置成一個合適的狀態(tài)，以便為最終調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)核準備好正確的環(huán)境。Bootloader是依賴于底層硬件而實現(xiàn)的，因此建立一個通用的 系統(tǒng)Bootloader幾乎是不可能的。在PC機中，主板的BIOS和位于硬盤0磁道上的主引導(dǎo)記錄(Master

Boot

Record,

MBR)中的引導(dǎo)程序（如LILO或GRUB等）,兩者一起的作用就相當于Bootloader在 系統(tǒng)中的作用，即實現(xiàn)整個系統(tǒng)的啟動引導(dǎo)，并最終能引導(dǎo)操作系統(tǒng)的運行。10.1.1

Bootloader

的作用在 系統(tǒng)中，Bootloader對 設(shè)備中的主要部件如CPU、SDRAM、FLASH、串口等進行了初始化，這樣可以使用Bootloader通過串口 各種文件到設(shè)備的SDRAM中或者燒錄Flash，然后將操作系統(tǒng)內(nèi)核讀入到內(nèi)存中來或者直接跳轉(zhuǎn)到內(nèi)核的 點，從而實現(xiàn)操作系統(tǒng)的引導(dǎo)?，F(xiàn)在有些Bootloader也把對以太網(wǎng)的支持等功能也加進去了，這樣一個功能比較強大的Bootloader實際上就已經(jīng)相當于一個微型的操作系統(tǒng)了。10.1.1

Bootloader

的作用Bootloader從第一條指令跳轉(zhuǎn)后，就開始初始化各種最重要的硬件，比如CPU的工作頻率、定時器、中斷、看門狗、檢測

RAM大小和Flash等。一般，硬件初始化的這段程序是用匯編語言編寫的，其后就用C語言編寫?？傮w上Bootloader主要完成以下工作：10.1.1

Bootloader

的作用初始化CPU速度；初始化內(nèi)存，包括啟用內(nèi)存庫，初始化內(nèi)存配置寄存器等；初始化中斷控制器，在系統(tǒng)啟動時，關(guān)閉中斷，關(guān)閉看門狗；初始化串行端口（如果在目標上有的話）；啟用指令/數(shù)據(jù)高速緩存；設(shè)置堆棧指針；設(shè)置參數(shù)區(qū)域并構(gòu)造參數(shù)結(jié)構(gòu)和標記,即引導(dǎo)參數(shù)；執(zhí)行POST（上電自檢）來標識存在的設(shè)備并報告有何問題；為電源管理提供掛起/恢復(fù)支持；傳輸操作系統(tǒng)內(nèi)核鏡像文件到目標機。也可以將操作系統(tǒng)內(nèi)核鏡像文件事先存放在Flash中，這樣就不需要Bootloader和主機傳輸操作系統(tǒng)內(nèi)核鏡像文件，這通常是在做成產(chǎn)品的情況下使用。而一般在開發(fā)過程中，為了調(diào)試內(nèi)核的方便，不將操作系統(tǒng)內(nèi)核鏡像文件 在Flash中，這就需要主機和目標機進行文件傳輸；跳轉(zhuǎn)到內(nèi)核的開始，在此又分為ROM啟動和RAM啟動。所謂ROM啟動就是用XIP技術(shù)直接在Flash中執(zhí)行操作系統(tǒng)鏡像文件；所謂RAM啟動就是指把內(nèi)核鏡像從Flash

到RAM中，然后再將PC指針跳轉(zhuǎn)到RAM中的操作系統(tǒng)啟動地址。10.1.1

Bootloader

的作用在

Linux

系統(tǒng)的開發(fā)中，一般將

分為啟動引導(dǎo)程序(Bootloader)、操作系統(tǒng)內(nèi)核(OS

Kernel)、根文件系統(tǒng)(FileSystem)、圖形窗口系統(tǒng)(GUI)和應(yīng)用程序(AP)等幾個部分，其中系統(tǒng)必不可少的，它們在開發(fā)的前三部分是一個可運行的過程中，被分別獨立地編譯或打包為一個二進制目標文件，然后

（燒錄）到系統(tǒng)的ROM（一般是Flash）中。后兩部分如果有的話，通常也是和根文件系起打包后燒錄到Flash中。因此，在Bootloader階段，也提供了對Flash設(shè)備的分區(qū)格式化的支持，其空間分配通常

。10.1.2

Bootloader

的工作模式對于 系統(tǒng)的開發(fā) 而言，Bootloader通常包含“啟動加載”和“ ”這兩種不同的工作模式。當然，這兩種工作模式的區(qū)別一般僅僅對于開發(fā) 才有意義，而對最終用戶來說，Bootloader

的作用就是用來加載操作系統(tǒng)，從而啟動整個 系統(tǒng)。10.1.2

Bootloader

的工作模式啟動加載（Boot

loading）模式－－正常啟動模式（Downloading）模式－－提供給開發(fā)

或者技術(shù)支持

使用10.1.3

Bootloader

的啟動流程分為stage1和stage2兩個階段一般依賴于

CPU體系結(jié)構(gòu)的代碼，比如設(shè)備初始化代碼等，都放在stage1中，而且通常都用匯編語言來實現(xiàn)，以達到短小精悍且啟動快的目的；而

stage2則通常用C語言來實現(xiàn)，這樣可以實現(xiàn)各種復(fù)雜的功能（比如串口、以太網(wǎng)接口的支持等）Bootloader的第一階段硬件設(shè)備初始化為加載

Bootloader

的stage2

準備

RAM空間拷貝

Bootloader的stage2

到RAM

空間中設(shè)置好堆棧跳轉(zhuǎn)到

stage2

的

C

點main()函數(shù)處Bootloader的第二階段初始化本階段要使用到的硬件設(shè)備檢測系統(tǒng)內(nèi)存

(memory

map)將kernel

映像和根文件系統(tǒng)映像從flash

上讀到

RAM

空間中為內(nèi)核設(shè)置啟動參數(shù)調(diào)用內(nèi)核10.2

S3C2410

平臺下Linux的BootloaderViviU-BOOT10.2

S3C2410

平臺下Linux的Bootloader1.

vivi簡介vivi是由韓國mizi公司為ARM處理器系列設(shè)計的一個bootloader。它同樣支持啟動加載模式和工作模式。在 模式下，vivi為用戶提供一個命令行人機接口，通過這個人機接口可以使用vivi提供的一些命令。如果

系統(tǒng)沒有鍵盤和顯示，那么可以利用vivi中的串口，將其和宿主機連接起來，利用宿主機中的串口w

中的超級終端或者（如中的

）來控制。10.2.1

vivivivi常用

令Lo

art,bon,Param,Boot,Flashvivi文件結(jié)構(gòu)代碼包括arch，init，lib，drivers和include等幾個

，共200多條文件vivi的配置和編譯①

#makedistclean。清除一些早先生成的無用的目標文件。②

#make config。然后可以根據(jù)菜單中的信息進行配置。③

make”命令開始編譯10.2.1vivi10.2.1

vivi3.

vivi的配置和編譯vivi的配置和

Linux內(nèi)核一樣，可以采用菜單化的形式進行。其步驟主要如下：①#make

distclean。清除一些早先生成的無用的目標文件。②#make

config。然后可以根據(jù)菜單中的信息進行配置。編譯。菜單配置完畢后，保存退出。然后執(zhí)行“make”命令開始編譯。10.2.1

vivivivi的第一階段主要完成了依賴于CPU的體系結(jié)構(gòu)硬件初始化，包括 中斷、初始化串口、第二階段到RAM中等。由于這些代碼是和硬件緊密相關(guān)的,因此要求讀者在閱讀時對照S3C2410處理器的

,查閱相關(guān)的寄存器的描述，以便更好地理解。這些匯編代碼全部就集中在vivi\arch\s3c2410

下的head.S這一個匯編文件中，當然還有相關(guān)的頭文件。10.2.1

vivivivi第二階段的分析vivi的第二階段的就是init/main.c，按照源代碼的組織流程，根據(jù)模塊化劃分的原則，共分為8個功能模塊即八個步驟，在源代碼的注釋中以step非常清晰的給出了區(qū)分。10.2.1

vivi第一步：vivi從main()函數(shù)開始執(zhí)行，函數(shù)開始通過

putstr(vivi_bannner)打印出

vivi的版本。第二步：主要是初始化GPIO，本的思路和方法就是在把握好整個系統(tǒng)硬件資源的前提下，根據(jù)

的

把所有的初始值設(shè)定，在這里利用set_gpios這個函數(shù)就可以完成初始化了。10.2.1

vivi第三步：進行內(nèi)存

初始化和內(nèi)存管理單元（MMU）的初始化工作第四步：初始化堆，然后內(nèi)存會發(fā)生變化。在這里，實際上就是實現(xiàn)動態(tài)內(nèi)存分配策略。10.2.1

vivi第五步：初始化mtd設(shè)備第六步：配置參數(shù)，主要是init_priv_data函數(shù)。第七步：提供vivi人機接口的各種命令。第八步：進入Bootloader的兩種模式之一.10.2.2

U-bootU-Boot，全稱UniversalBootloader，是遵循

GPL條款的開放源碼項目它還支持NetBSD,

VxWorks,

QNX,

RTEMS,ARTOS,

LynxOS等 操作系統(tǒng)。其目前主要支持的目標操作系統(tǒng)有OpenBSD,

NetBSD,FreeBSD,4.4BSD,

Linux,

SVR4,

Esix,

Solaris,Irix,

SCO,

Dell,

NCR,

VxWorks,

LynxOS,

pSOS,QNX,

RTEMS,

ARTOS等，因此功能比較強大，這也是U-Boot中Universal的一層含義。10.2.2

U-bootU-Boot的主要特點有：①開放源碼；②

支持多種

操作系統(tǒng)內(nèi)核，如Linux、NetBSD,VxWorks,

QNX,

RTEMS,

ARTOS,LynxOS；③支持多個處理器系列，如PowerPC、ARM、x86、MIPS、XScale；④較高的可靠性和穩(wěn)定性；④較高的可靠性和穩(wěn)定性；⑤高度靈活的功能設(shè)置，適合U-Boot調(diào)試、操作系統(tǒng)不同引導(dǎo)要求、產(chǎn)品發(fā)布等；⑥豐富的設(shè)備驅(qū)動源碼，如串口、以太網(wǎng)、SDRAM、FLASH、LCD、NVRAM、EEPROM、RTC、鍵盤等；⑦較為豐富的開發(fā)調(diào)試文檔與強大的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支持；10.2.2

U-boot常用命令

:Help/

? Bdinfo

setenvprintenv saveenv

mw

md

mm

flinfoerase[起始地址

結(jié)束地址].cp[源地址目標地址大小]imi[起始地址]bootm[起始地址]

tftboot[起始地址

鏡像名]

reset10.2.2

U-bootU-boot文件結(jié)構(gòu)U-boot代碼采用了一種高度模塊化的編程方式,與移植樹有關(guān)的有以下幾個

.board：這個 存放了所有U-boot支持的目標板的子,如board/smdk2410/*就是 說關(guān)心的.要將U-boot移植到自己的s3c2410x目標板上,必須參考這個目錄下的內(nèi)容,比如對比Flash以及Flash寬度和大小的定制鄧就要修改其中的mon：獨立于處理器體系結(jié)構(gòu)的通用代碼，如內(nèi)存大小探測與故障檢測；cpu：與處理器相關(guān)的文件。如mpc8xx子下含串口、網(wǎng)口、LCD驅(qū)動及中斷初始化等文件；10.2.2

U-bootdriver：通用設(shè)備驅(qū)動，如CFI

FLASH驅(qū)動(目前對IN

FLASH支持較好)fs：這個 中存放了U-boot支持的文件系統(tǒng).examples：可在U-Boot下運行的示例程序；如o_world.c,timer.c；Include：U-Boot頭文件；這個存放頭文件的公共,其中include/configs/smdk2410.h定義了所有和S3C2410X相關(guān)的資源的配置參數(shù),

往往只需修改這個文件就可以配置目標板的參數(shù),如波特率、引導(dǎo)參數(shù)、物理內(nèi)存等。10.2.2

U-bootlib_

：處理器體系相關(guān)的文件，如lib_ppc,lib_arm： 分別包含與PowerPC、ARM體系結(jié)構(gòu)相關(guān)的文件；net：

與網(wǎng)絡(luò)功能相關(guān)的文件 ，如bootp,nfs,tftp；post:

上電自檢文件 。尚有待于進一步完善；rtc

rtc:驅(qū)動程序；tools:用于創(chuàng)建U-BootS-RECORD和BIN鏡像文件的工具；10.3

其他常見的Bootloader1.

WinCE的BootloaderNboot和Eboot是WinCE的Bootloader。Nboot是nand

flash

bootloader的簡寫，CPU可以直接從nand

flash

啟動，但是其代碼大小

過4k，功能有限；Eboot則支持ethernetnetwork（以太網(wǎng)），功能強大，用于

Ehternet

調(diào)試