bootloader設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、第一章 第四章 boot loader設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)1.1 4.1 boot loader 的概念一個(gè)嵌入式Linux系統(tǒng)從軟件的角度看通?？梢苑譃樗膫€(gè)層次：引導(dǎo)加載程 序、Linux內(nèi)核、文件系統(tǒng)、用戶(hù)應(yīng)用程序。圖4.1 Linux 系統(tǒng)層次圖引導(dǎo)加載程序是系統(tǒng)加電后運(yùn)行的第一段代碼。我們熟悉的PC中的引導(dǎo)程序一般由BIOS和位于MBR的OS Boot Loader（例如LILO或者GRUB）一起組 成。然而在嵌入式系統(tǒng)中通常沒(méi)有像 BIOS那樣的固件程序（有的嵌入式CPU有）， 因此整個(gè)系統(tǒng)的加載啟動(dòng)任務(wù)就完全由 Boot Loader來(lái)完成。在嵌入式Linux 中，圖4.1中的引導(dǎo)加載程序即

2、等效為 Boot Loader 。簡(jiǎn)單地說(shuō)，boot loader就是在操作系統(tǒng)內(nèi)核運(yùn)行之前運(yùn)行的一段小程序。通過(guò)這段小程序，我們可以初始化硬件設(shè)備、建立內(nèi)存空間的映射圖，從而將系 統(tǒng)的軟硬件環(huán)境帶到一個(gè)合適的狀態(tài)，以便為最終調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)核準(zhǔn)備好正確的環(huán)境。對(duì)于一個(gè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，本質(zhì)上，Boot Loader作為引導(dǎo)與加載內(nèi)核鏡像的工具，在實(shí)現(xiàn)上，必須提供以下幾個(gè)功能：1 初始化硬件設(shè)備為后面程序的運(yùn)行以及kernel的加載準(zhǔn)備一些基本的硬件環(huán)境。2 .初始化RAMBoot Loader必須能夠初始化RAM，因?yàn)閷?lái)系統(tǒng)要通過(guò)它保存一些易變數(shù)據(jù)，但具體地實(shí)現(xiàn)要依賴(lài)于具體的 CPU以及硬件系統(tǒng)。3

3、. 初始化串口Boot Loader應(yīng)該要初始化以及使能至少一個(gè)串口，通過(guò)它與控制臺(tái)聯(lián)系進(jìn) 行一些debug的工作以及與PC通信。4. 創(chuàng)建內(nèi)核參數(shù)列表針對(duì)Linux系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)推薦的步驟。5. 啟動(dòng)內(nèi)核鏡像這是必須的，因?yàn)锽oot Loader的最終任務(wù)就是加載內(nèi)核并將控制權(quán)交與它。通常，boot loader是嚴(yán)重地依賴(lài)于硬件而實(shí)現(xiàn)的，特別是在嵌入式世界。因此在嵌入式世界里建立一個(gè)通用的 boot loader幾乎是不可能的。盡管如 此，我們?nèi)匀豢梢詫?duì)boot loader歸納出一些通用的概念來(lái)。而這僅僅局限于 理論上，至于涉及到具體的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，則要結(jié)合具體的硬件系統(tǒng)。同時(shí)，對(duì) 于

4、Boot Loader的這些共同特性，理論上只局限于 Boot Loader的基本功能， 因?yàn)閿U(kuò)展功能眾多，可以有串口、USB、以太網(wǎng)接口、IDE等，無(wú)法進(jìn)行歸納與總結(jié)1. boot 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(lài)于CPU的體系結(jié)構(gòu)外，boot loader實(shí)際上也依賴(lài)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 b

5、oot 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。2. boot loader 的安裝媒介(Installation Medium)系統(tǒng)加電或復(fù)位后，所有的CPU通常都從某個(gè)由CPU制造商預(yù)先安排的地 址上取指令。比如，基于ARM920 core的CPU在復(fù)位時(shí)通常都從地址 0x00000000取它的第一條指令。而基于CPU構(gòu)建的嵌入式系統(tǒng)通常都有某種 類(lèi)型的固態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備(比如:ROM, EEPROM或FLASH等)被映射到這個(gè)預(yù)先安排 的地址上。因此在系統(tǒng)加電后，CPU將首先執(zhí)行boot loader程序。3 .用來(lái)控制boot loader

6、的設(shè)備或機(jī)制主機(jī)和目標(biāo)機(jī)之間一般通過(guò)串口建立連接，boot loader軟件在執(zhí)行時(shí)通常會(huì)通過(guò)串口來(lái)進(jìn)行I/O ,比如:輸出打印信息到串口，從串口讀取用戶(hù)控制字符 等。4. boot loader 的啟動(dòng)過(guò)程是單階段(Single Stage)還是多階段(Multi-Stage) 11通常多階段的boot loader能提供更為復(fù)雜的功能，以及更好的可移植性。從固態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備上啟動(dòng)的boot loader大多都是2階段的啟動(dòng)過(guò)程，也即啟動(dòng)過(guò)程可以分為stagel和stage2兩部分。在stagel中要完成一些準(zhǔn)備工作，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。其基本流程如圖4.2 :硬件設(shè)備初始化為加載Boot Loader的stage2準(zhǔn)備RAM空間設(shè)置好堆棧拷貝 Boot Loader 的 stage2 到 RAM 空跳轉(zhuǎn)到stage2的C入口點(diǎn)圖4.2 stagel流程圖boot loader的stagel通常包括以下步驟（以執(zhí)行的先后順序）：A）硬件設(shè)備初始化。雖然嵌入式開(kāi)發(fā)板上硬件設(shè)備的種類(lèi)繁多，但要實(shí)現(xiàn)Boot Loader的基本功能的硬件設(shè)備幾乎是每個(gè)開(kāi)發(fā)板都具備的。其初始化步驟如下：1）屏