嵌入式系統(tǒng)引導程序

1、第,6,章,嵌入式系統(tǒng)引導,引導程序與固件,?,?,計算機是在程序控制下自動運行的電子設備,系統(tǒng)上電或復位后，微處理器會從特定的地址讀,取第一條指令,沒有操作系統(tǒng)的簡單嵌入式計算機，系統(tǒng)上電后，,通常直接進入用戶應用程序,有操作系統(tǒng)的計算機中，上電后首先運行的是一,個標準化的軟件,引導程序,（,Bootloader,）,?,?,?,固化在,ROM/flash,中的軟件，稱為,固件,(Firmware),PC,機的引導程序,BIOS,?,?,BIOS(Basic Input Output System),固化到計算機主板上的,ROM,芯片中的一組程序,BIOS,的主要內容,?,上電自測試程序,。

2、,PC,機啟動時，首先進入,ROM BIOS,，,接著執(zhí)行加電自檢,POST,（,Power-on self test),?,?,系統(tǒng)參數(shù)設置,：,用于設置,CMOS RAM,中的各項參數(shù),中斷服務程序,：,BIOS,中段服務程序是軟件與硬件之間,的一個編程接口，,PC,軟件通過調用這些服務程序實現(xiàn)對,硬件模塊的控制,?,加載操作系統(tǒng),：,在機器啟動時，系統(tǒng),ROM BIOS,首先,讀取磁盤引導記錄進內存，然后由引導記錄讀取磁盤操作,系統(tǒng)重要文件進內存，從而啟動系統(tǒng),BIOS,的啟動流程,上電,執(zhí)行復位向量指令，跳,轉到,BIOS,程序,硬件初始化,POST,測試正常？,是,查找并加載,操作系

3、統(tǒng)引導程序,否,發(fā)出報警信號,等待用戶干預,引導程序繼續(xù)加載,并啟動操作系統(tǒng),嵌入式系統(tǒng)軟件的四個層次,?,?,?,?,引導加載程序,Bootloader,操作系統(tǒng)內核,(,任務管理、內存管理、設備驅動,),文件系統(tǒng)、圖形用戶界面,應用軟件,用戶應用程序,圖形用戶界面（,GUI,）,操作系統(tǒng)內核,Bootloader,文件系統(tǒng),A,R,M,7,開,發(fā),板,中,的,固,件,嵌入式系統(tǒng),Flash,典型空間分配,引導程序,引導,參數(shù),操作系統(tǒng)內核,文件系統(tǒng),嵌入式系統(tǒng)常見引導程序,?,?,?,U-Boot,，,支持多種微處理器，如,x86,、,PowerPC,、,ARM,、,MIPS,等。,VIV

4、I,，,韓國,MIZI,公司開發(fā)的專門用于,ARM,處理器的一種,引導程序。,BLOB,，,支持多種,CPU,，包括,SA1100,，,SA1110,，,PXA255,，,PXA270,等，用戶可以根據(jù)目標板的特性進行,定制。,RedBoot,，,一個專門為嵌入式系統(tǒng)定制的引導程序，最,初由,Redhat,開發(fā)。,ARMboot,，,一個支持,ARM,和,StrongARM,處理器的引導,程序。,?,?,?,用戶自定義,Bootloader,嵌入式系統(tǒng)引導程序功能,?,?,?,?,?,硬件初始化,提供人機交互命令,支持目標機與開發(fā)機之間的通信,支持,Flash,燒寫,加載啟動嵌入式操作系統(tǒng),B

5、ootloader,的兩種操作模式,?,?,啟動加載模式,：,自動加載并啟動操作系統(tǒng)，不需要用戶參與,下載模式,：,用戶可通過系統(tǒng)控制臺用命令行的方式向系統(tǒng)發(fā)出控制,命令。用戶常在該模式下使用下載命令，通過串口、以太網等從開發(fā),機下載文件,Bootloader,程序的兩個組成部分,?,Stage 1,：,存放與,CPU,體系結構相關的代碼,，其,代碼短小精悍，易升級，通常用匯編語言編寫,Stage 2,：,通常用,C,語言編寫，可以實現(xiàn)更復雜的,功能，具有更好的可讀性和可移植性,?,Bootloader,程序運行流程,Stage 1,Stage 2,基本硬件初始化,將,Stage 2,代碼復制

6、到,RAM,并執(zhí)行,否,串口是否有按鍵輸入？,將操作系統(tǒng)內核映像和文件系統(tǒng),映像復制到,RAM,是,進入命令行下載模式,啟動操作系統(tǒng)內核,Bootloader,的,Stage 1,?,?,?,硬件設備初始化：,屏蔽所有中斷,設置,CPU,速度和時,鐘頻率, RAM,初始化等,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，為執(zhí)行,C,語言代碼作好準備,跳轉到,stage2,的,C,入口點,Stage 1,階段的物理內存布局,RAM,地址空間,Flash,地址空間,堆棧指針,Stage 1,

7、為,Stage 2,的代碼,準備的,RAM,空間,Stage 2,代碼起始地址,空閑區(qū),文件系統(tǒng)映像,空閑區(qū),操作系統(tǒng)內核映像,空閑區(qū),Bootloader Stage 2,的執(zhí)行代碼,Bootloader Stage 1,的執(zhí)行代碼,Bootloader,的,Stage 2,?,其它硬件設備的初始化,?,檢測系統(tǒng)內存映射,?,將操作系統(tǒng)內核映像及文件系統(tǒng)映像從,取到系統(tǒng),RAM,中,?,為內核設置啟動參數(shù),?,調用操作系統(tǒng)內核,讀,Flash,U-BOOT,?,?,?,?,U-Boot,是一種應用廣泛的嵌入式引導程序,由,fadsrom,、,8xxROM,及,PPCBoot,逐步發(fā)展演化而,

8、來,2002,年,11,月，,PPCBoot,發(fā)布了最后一個版本,2.0.0,版，并改名為,U-Boot 0.1.0,與,Linux,一樣，,U-Boot,遵循,GPL,，是一個開放源代,碼軟件,GPL: General Public License,通用公共許可協(xié)議,U-Boot,的特點,?,?,?,?,?,?,?,?,開放源代碼,支持多種嵌入式操作系統(tǒng),支持多種不同體系結構的處理器,具有較高的可靠性和穩(wěn)定性,提供豐富的用戶接口命令,支持串口、網絡文件下載,豐富的設備驅動程序,有完整的軟件文檔與良好的技術支持,U-Boot,的命令,?,?,命令類型：,信息命令、內存命令、,Flash,命令、

9、運行控,制命令、網絡命令、環(huán)境變量命令,命令功能：,環(huán)境參數(shù)設置、內存檢測、操作系統(tǒng)引導、,程序測試、,Flash,擦除與燒寫,U-BOOT,源文件分類,?,?,?,與處理器體系結構或開發(fā)板硬件直接相關的程序,目錄,與處理器體系結構無關的通用函數(shù)或者驅動程序,目錄,U-Boot,的獨立工具、二次開發(fā)例程及相關設計文,檔目錄,U-Boot,代碼根目錄,構,碼,結,代,系,關,體,相,與,數(shù),序,函,程,用,動,通,驅,與,檔,碼,文,代,、,程,具,例,工,cpu,處理器相關,源代碼,board,開發(fā)板相關,源代碼,lib_,xxx,體系結構,相關源代碼,drivers,通用設備,驅動程序,co

10、mmon,平臺獨立的,通用源代碼,include,頭文件,lib_generic,通用庫函數(shù),net,網絡相關,程序代碼,fs,文件系統(tǒng),相關代碼,post,上電自檢,程序代碼,disk,硬盤接口,相關程序,examples,獨立應用,程序例程,tools,相關工具,源代碼,doc,開發(fā)使用,文檔,處理器相關,各子目錄,Makefile,Makefile,文件,config.mk,體系結構配置文件,cpu.c,處理器相關代碼,interrupts.c,中斷處理代碼,serial.c,串口初始化代碼,start.s,全局啟動匯編代碼,開發(fā)板相關,子目錄,Makefile,Makefile,文件,

11、config.mk,體系結構配置文件,s3c44b0.c,開發(fā)板相關代碼,flash.c,Flash,操作相關代碼,memsetup.s,初始化,SDRAM,代碼,uboot.lds,對應連接文件,根目錄下,體系結構相關各子目錄,lib_avr32,AVR32,體系結構相關代碼,lib_arm,ARM,體系結構相關代碼,lib_i386,x86,體系結構相關代碼,lib_m68k,m68k,體系結構相關代碼,lib_mips,MIPS,體系結構相關代碼,lib_nios,NIOS,體系結構相關代碼,lib_ppc,PowerPC,體系結構相關代碼,lib_sparc,SPARC,體系結構相關代碼,U-Boot,源碼結構,U-BOOT,啟動過程,stage 1,設置映像文件的入口,s,tart.o,stage 2,進入,stage 2,執(zhí)行入口程序,start_armboot(),設置異常向量表,執(zhí)行復位中斷跳轉程序,調用,cpu_init_crit(),初始化,CPU,及中斷