Bootloader过程简介

1123Bootloader简介几种发布的BootloaderBootloader工作模式Bootloader启动过程viviBootloader源代码分析viviBootloader接口命令vivi源代码修改移植PART3Bootloader456723.1Bootloader简介一、什么是bootloader（引导加载程序）Bootloader，为引导加载程序，是嵌入式系统加电后运行的第一段代码，相当于PC机的BIOS。Bootloader的位置：通常固化在硬件上的某个固态存储设备上，加电后自启动。BootloaderBootparametersKernelRootfilesystem3应用程序实时操作系统（RTOS）输入输出接口处理器/ARM核MMU/CacheSOC/SOPCUSBGPIOIISLCDUART和IrDAADC/DACFPGA/CPLDDSP/浮点运算协处理器DMA电源管理人机交互接口LCD/触摸屏、键盘、鼠标设备驱动程序、HAL、BSP文件系统/图形用户应用程序接口驱动层OS层应用层软件硬件以太网看门狗及复位电路Timer/RTCCANFlashEEPROMSDRAMSRAM内存典型的嵌入式系统组成4Bootloader在系统中的位置5Bootloader功能：初始化硬件设备、建立内存空间的映射图（有的CPU没有内存映射功能如S3C44B0x），将系统的软、硬件环境带到一个合适的状态，以便为最终调用操作系统内核或用户应用程序准备好正确的环境。通常的硬件初始化工作：关闭处理器内部指令/数据cache等关闭中断关闭看门狗配置PLL配置内存初始化各工作模式的堆栈配置中断拷贝RW段，初始化ZI段6Bootloader的地址：在嵌入式系统中，系统加电复位后，几乎所有的CPU都从由复位地址上取指令。比如，基于ARM处理器核的CPU在复位时通常都从地址0x00000000取它的第一条指令。在这个地址处安排的就是Bootloader。从44binit.s开始运行ENTRYbResetHandler;fordebugbHandlerUndef;handlerUndefbHandlerSWI;SWIinterrupthandlerbHandlerPabort;handlerPAbortbHandlerDabort;handlerDAbortb.;handlerReservedbHandlerIRQbHandlerFIQback7Bootloader是严重地依赖于硬件而实现的。每种不同体系结构的处理器都有不同的Bootloader。不过Bootloader的发展也趋于支持多种体系结构，如现在比较成熟的vivi、RedBoot和U-Boot等。3.2几种发布的Bootloader81、vivivivi是韩国Mizi公司开发的Bootloader，适用于ARM9处理器。2、RedBootRedBoot即红帽(RedHat)嵌入式调试引导程序，是一种用于嵌入式系统的独立开放源代码引导/装载器。3、U-BootU-Boot（UniversalBootloader）由德国DENX小组开发，是一款目前功能较为强大的开源Bootloader程序，它支持多种处理器平台，包括ARM、PowerPC、MIPS等。Open-SourceBootloadersNoYesNoLoaderfromtheLARThardwareprojectNoBLOBNoNoYesLinux-basedBIOSreplacementNoLinuxBIOSNoNoYesLoadsLinuxfromROMwithoutaBIOSNoROLOYesYesYeseCos-basedloaderYesRedBootYesYesYesUniversalloaderYesU-bootNoNoYesGNU’ssuccessortoLILONoGRUBNoNoYesMaindiskbootloaderforLinuxNoLILOPowerPCARMx86DescriptionMonitorBootloaderback93.3Bootloader操作模式大多数Bootloader都有两种不同的操作模式：“启动加载”模式和“下载”模式。其区别对于开发人员才有意义。从最终用户的角度看，Bootloader的作用就是用来加载操作系统，而并不存在所谓的启动加载模式与下载模式的区别。loadermemorybitsflashbits101、启动加载（Bootloading）模式启动加载模式称为“自举”（Autonomous）模式。即Bootloader从目标机上的某个固态存储设备上将操作系统加载到RAM中运行，整个过程并没有用户的介入。启动加载模式是Bootloader的正常工作模式，在嵌入式产品发布的时侯，Bootloader必须工作在这种模式下。112、下载（Downloading）模式下载方式：在这种模式下，目标机上的Bootloader将通过串口连接或网络连接等通信手段从主机下载文件。下载内容及存储：主要是下载内核映像和根文件系统映像等。从主机下载的文件通常首先被Bootloader保存到目标机的RAM中，然后再被Bootloader写到目标机上的FLASH类固态存储设备中。12下载模式应用场合：Bootloader的这种模式通常在第一次安装内核与根文件系统时被使用；此外，以后的系统更新也会使用到这种工作模式。用户应用接口：工作于这种模式下的Bootloader通常都会向它的终端用户提供一个简单的命令行接口。如在RedBoot下，将出现“RedBoot”提示符；在viviBootloader下出现“vivi”提示符。13下载（Downloading）模式示例14RedBoot的Bootloader像RedBoot或U-Boot等功能强大的Bootloader通常都可同时支持这两种工作模式，而且允许用户在这两种工作模式之间进行切换。比如，RedBoot在启动时处于正常的启动加载模式，但是它会延时3秒等待终端用户按下任意键而将RedBoot切换到下载模式。如在等待时间内没有接收到用户按键，则继续启动Linux内核。back153.4Bootloader启动过程Bootloader的启动可以分为两个阶段1、第一阶段阶段1主要包含依赖于CPU体系结构及硬件设备的初始化等。通常都用汇编语言来实现。这个阶段的任务有5：(1)、基本的硬件设备初始化这是Bootloader一开始就执行的操作，其目的是为阶段2的执行、以及随后kernel的执行准备好一些基本的硬件环境。16它通常包括以下工作：关闭处理器内部指令/数据cache等关闭中断关闭看门狗配置PLL配置内存初始化各工作模式的堆栈配置中断拷贝RW段，初始化ZI段S3C44B0X与FLASH的连接（HalfWord方式）测试模式1132位0116位108位00Bank0数据宽度OM0OM1ARM7引导程序示例17(2)、为阶段2代码准备RAM空间为了获得更快的执行速度，通常把阶段2的代码加载到RAM空间中来执行。准备RAM空间考虑的因素：阶段2代码大小、堆栈、页大小（4KB的倍数）、安排位置等。(3)、拷贝阶段2代码到RAM空间(4)、设置好堆栈堆栈指针sp设置在1MB的RAM空间的最顶端(堆栈向下生长)。(5)、跳转到阶段2的C程序入口点在上述一切都就绪后，就可以跳转到Bootloader的stage2去执行了。18stage2_start.........stage1为stage2可执行映像准备的RAM地址范围，大小：1MBramdisk...(blank)内核映像...(blank)stage2可执行映像可能的最大大小：1MBstage1可执行映像大小：1MBRAM地址空间Flash地址空间堆栈指针sp：stage_end-40x0001,0000(64KB)0x0000,0400(1KB)0x0000,0000...(blank)Bootloader的stage2可执行映像刚被拷贝到RAM空间时的系统内存布局192、第二阶段阶段2通常用C语言来实现，以便实现更复杂的功能，也使程序有更好的可读性和可移植性。这个阶段的主要任务有5：(1)、初始化本阶段要使用到的硬件至少初始化一个串口，以便和终端用户进行I/O输出信息等。20(2)、检测系统内存映射(memorymap)所谓内存映射，就是指在整个物理地址空间中有哪些地址范围被分配用来作为系统的RAM单元。为后面使用RAM、运行程序做好准备。(3)、将kernel和根文件系统映像从flash读到RAM空间21(4)、为kernel设置启动参数这是在调用内核之前应该做的准备工作。Linux2.4.x以后的内核都期望以标记列表(taggedlist)的形式来传递启动参数。启动参数标记列表方法：以ATAG_CORE标记开始，以ATAG_NONE标记结束。在嵌入式Linux系统中，通常需要由BootLoader设置的启动参数有：ATAG_CORE、ATAG_MEM（内存映射）、ATAG_NONE等。22(5)、调用内核Bootloader调用Linuxkernel的方法是直接跳转到内核的第一条指令处。在跳转时必须满足下列条件：1)、CPU寄存器的设置：R0为0；R1为机器类型ID；R2为启动参数，标记列表在RAM中的起始基地址。(机器类型参见linux/arch/arm/tools/mach-types目录)2)、CPU模式：CPU必须设置为SVC模式，必须禁止中断(IRQs和FIQs)。3)、MMU和Cache的设置：MMU必须关闭；指令Cache可以打开也可以关闭；数据Cache必须关闭。back233.5viviBootloader源码分析vivi是韩国Mizi公司开发的Bootloader，适用于ARM9处理器。vivi有两种工作模式，在启动时可以选择。在vivi启动时，通过串行口发出如下信息：PressReturntostarttheLinuxnow,anyotherkeyforvivi按回车键启动LinuxOS，按其它键进入vivi命令接口模式，可以使用vivi提供的命令进行一些操作。24一、vivi源代码目录结构vivi源代码包含的目录有：arch、Documentation、drivers、init、include、lib、scripts、test、util等10目录，共300多个文件。各个目录内容如下：1、arch（architecture）目录它下面的文件为与CPU硬件相关的初始化代码，此目录包含了所用vivi支持的CPU。一般只包含S3C2410x的文件。2、Documentation目录其下文件为vivi使用指南。3、drivers目录存放的为MTD(memorytechnologydevice内存技术设备)（数据存储媒质）设备读写控制文件和串行口操作文件，对串行口支持xmodem和ymodem协议。4、include目录存放所有的头文件，包括S3C2410微处理器的和S3C2410开发板的头文件。255、init目录该目录下是系统初始化文件main.c、version.c，后者是vivi版本信息，main.c为vivi整个初始化的结构。6、lib目录该目录下是公共应用及接口代码，如时钟功能文件time.c，堆栈初始化文件heap.c等文件。7、scripts目录该目录存放的是系统配置需要的脚本文件，如menuconfig和configue文件。8、CVS目录所有的目录下面都有一个CVS目录，存放的是该目录的路径和它的子目录。26二、vivi源代码文件与功能结构vivi源代码文件：1、vivi/arch/s3c2410/head.s2、一段过渡，实现循环调用，main返回后重新复位LDRSP,DW_STACK_STARTMOVFP,#0MOVA2,#0BLMAINMOVPC,#FLASH_BASE;main返回后重新复位3、vivi/init/main.cvivi