bootloader和RO，RW，ZI在ARMC語言中

熟悉x86體系結構的朋友肯定知道，x86平臺上bootloader是由BIOS和位于硬盤MBR中的OS Bootloader(比如Lilo和Grub)組成的。BIOS完成硬件的檢測和資源的分配后，將硬盤MBR中的bootloader讀到系統(tǒng)RAM中，之后此bootloader就會開始進行主導，將內核搬到內存中以及進行一些必要的初始化工作，之后跳到內核的入口地址來執(zhí)行，這樣內核就開始啟動，也就是系統(tǒng)就啟動起來了。
這里不得不插入一個話題，通過上面的介紹，細心的朋友就會產生一個疑問：為什么要有bootloader？既然bootloader只是作硬件的初始化并將內核引導起來，那為什么不直接將這段代碼加到內核中，直接啟動內核就完成所有的工作？實際上要將bootloader與內核整合在一起是完全可以做到的，但是如果這樣作的話，內核就會失去他的通用性和靈活性，并且將bootloader與內核分開會更有利于開發(fā)和管理，將啟動過程中與平臺硬件相關的代碼集合成bootloader，內核就可以集中處理那些平臺通用的部分了（當然實際上并沒有這么嚴格的劃分，內核中還是會有一些平臺相關的代碼，不過已經算是比較通用的了）。
=============================================================================================================================================================================
一個ARM程序包含3部分：RO，RW和ZI
RO是程序中的指令和常量；RO就是readonly，
RW是程序中的已初始化變量； RW就是read/write，
(2) ARM映像文件的組成
所謂ARM映像文件就是指燒錄到ROM中的bin文件，也成為image文件。以下用Image文件來稱呼它。Image文件包含了RO和RW數(shù)據。之所以Image文件不包含ZI數(shù)據，是因為ZI數(shù)據都是0，沒必要包含，只要程序運行之前將ZI數(shù)據所在的區(qū)域一律清零即可。包含進去反而浪費存儲空間。
Q：為什么Image中必須包含RO和RW？
A：因為RO中的指令和常量以及RW中初始化過的變量是不能像ZI那樣“無中生有”的。
實際上，ROM中的指令至少應該有這樣的功能：
1. 將RW從ROM中搬到RAM中，因為RW是變量，變量不能存在ROM中。
2. 將ZI所在的RAM區(qū)域全部清零，因為ZI區(qū)域并不在Image中，所以需要程序根據編譯器給出的ZI地址及大小來將相應得RAM區(qū)域清零。ZI中也是變量，同理：變量不能存在ROM中.在程序運行的最初階段，RO中的指令完成了這兩項工作后C程序才能正常訪問變量。否則只能運行不含變量的代碼。
下面我將給出幾個例子，最直觀的來說明RO，RW，ZI在C中是什么意思。
1; RO
看下面兩段程序，他們之間差了一條語句，這條語句就是聲明一個字符常量。因此按照我們之前說的，他們之間應該只會在RO數(shù)據中相差一個字節(jié)（字符常量為1字節(jié)）。
Prog1：
＃include
void main(void)
{
;
}

Prog2：
＃include
const char a = 5；
void main(void)
{
;
}
Prog1編譯出來后的信息如下：
================================================================================
Code RO Data RW Data ZI Data Debug
948 60 0 96 0 Grand Totals
================================================================================
Total RO Size(Code + RO Data) 1008 ( 0.98kB)
Total RW Size(RW Data + ZI Data) 96 ( 0.09kB)
Total ROM Size(Code + RO Data + RW Data) 1008 ( 0.98kB)
================================================================================
Prog2編譯出來后的信息如下：
================================================================================
Code RO Data RW Data ZI Data Debug
948 61 0 96 0 Grand Totals
================================================================================
Total RO Size(Code + RO Data) 1009 ( 0.99kB)
Total RW Size(RW Data + ZI Data) 96 ( 0.09kB)
Total ROM Size(Code + RO Data + RW Data) 1009 ( 0.99kB)
================================================================================
以上兩個程序編譯出來后的信息可以看出：
Prog1和Prog2的RO包含了Code和RO Data兩類數(shù)據。他們的唯一區(qū)別就是Prog2的RO Data比Prog1多了1個字節(jié)。這正和之前的推測一致。如果增加的是一條指令而不是一個常量，則結果應該是Code數(shù)據大小有差別。
2; RW
同樣再看兩個程序，他們之間只相差一個“已初始化的變量”，按照之前所講的，已初始化的變量應該是算在RW中的，所以兩個程序之間應該是RW大小有區(qū)別。
Prog3：
＃include
void main(void)
{
;
}
Prog4：
＃include
char a = 5；
void main(void)
{
;
}
Prog3編譯出來后的信息如下：
================================================================================
Code RO Data RW Data ZI Data Debug
948 60 0 96 0 Grand Totals
================================================================================
Total RO Size(Code + RO Data) 1008 ( 0.98kB)
Total RW Size(RW Data + ZI Data) 96 ( 0.09kB)
Total ROM Size(Code + RO Data + RW Data) 1008 ( 0.98kB)
================================================================================
Prog4編譯出來后的信息如下：
================================================================================
Code RO Data RW Data ZI Data Debug
948 60 1 96 0 Grand Totals
================================================================================
Total RO Size(Code + RO Data) 1008 ( 0.98kB)
Total RW Size(RW Data + ZI Data) 97 ( 0.09kB)
Total ROM Size(Code + RO Data + RW Data) 1009 ( 0.99kB)
================================================================================
可以看出Prog3和Prog4之間確實只有RW Data之間相差了1個字節(jié)，這個字節(jié)正是被初始化過的一個字符型變量“a”所引起的。
再看兩個程序，他們之間的差別是一個未初始化的變量“a”，從之前的了解中，應該可以推測，這兩個程序之間應該只有ZI大小有差別。
Prog3：
＃include
void main(void)
{
;
}
Prog4：
＃include
char a；
void main(void)
{
;
}
Prog3編譯出來后的信息如下：
================================================================================
Code RO Data RW Data ZI Data Debug
948 60 0 96 0 Grand Totals
================================================================================
Total RO Size(Code + RO Data) 1008 ( 0.98kB)
Total RW Size(RW Data + ZI Data) 96 ( 0.09kB)
Total ROM Size(Code + RO Data + RW Data) 1008 ( 0.98kB)
================================================================================
Prog4編譯出來后的信息如下：
================================================================================
Code RO Data RW Data ZI Data Debug
948 60 0 97 0 Grand Totals
================================================================================
Total RO Size(Code + RO Data) 1008 ( 0.98kB)
Total RW Size(RW Data + ZI Data) 97 ( 0.09kB)
Total ROM Size(Code + RO Data + RW Data) 1008 ( 0.98kB)
================================================================================
編譯的結果完全符合推測，只有ZI數(shù)據相差了1個字節(jié)。這個字節(jié)正是未初始化的一個字符型變量“a”所引起的。
注意：如果一個變量被初始化為0，則該變量的處理方法與未初始化華變量一樣放在ZI區(qū)域。
即：ARM C程序中，所有的未初始化變量都會被自動初始化為0。
總結： 1; C中的指令以及常量被編譯后是RO類型數(shù)據。
2; C中的未被初始化或初始化為0的變量編譯后是ZI類型數(shù)據。
3; C中的已被初始化成非0值的變量編譯后市RW類型數(shù)據。
RAM主要指：PSRAM，SDRAM，SRAM，DDRAM
(5) Image$$??$$Limit 的含義
=0x0c100000+Tatal RO size+1
= 0x0c200000+0x37（4的倍數(shù),0到55，共56個單元）

vivi是mizi開發(fā)的用于s3c241x/s3c244x 的linux bootloader，友善之臂移植了USB 下載功能后就成了現(xiàn)在看到的supervivi；u-boot是一個廣泛用于ARM平臺的bootloader, 目前也支持s3c241x/s3c244x，可以用來啟動Linux；Eboot是WinCE平臺下的bootloader。uboot就是通過usb來下載os image文件的bootloader; eboot就是通過ethernet下載os image的bootloader。

而嵌入式平臺上就跟x86不一樣了，但是很類似，而且因為不同的平臺架構本身的特點，每種平臺對應的bootloader做得事情會有所不同，相對x86平臺，一般不會有bios(但是這些都不是絕對的，有一些平臺也會有內嵌類似bios的啟動程序)，整個系統(tǒng)的引導加載都由存放在flash,rom等存儲設備特定位置的bootloader來完成。如arm平臺中的2410，2440，bootloader存在在flash中的0x0的地方，板子加電后，系統(tǒng)會將bootloader的最前面的4k代碼通過硬件邏輯自動的裝載到SRAM中，之后從SRAM中的0開始執(zhí)行，在這4k的程序中會完成基本的硬件的初始化，將完整的bootloader搬到內存中，并跳轉到ram中的bootloader來進行繼續(xù)執(zhí)行。

回到之前所說的，bootloader啟動起來之后，通常會有兩種操作模式：

啟動加載模式就是一上電，bootloader進行相關的初始化之后就馬上把內核啟動起來，注意關鍵的地方在整個過程中沒有用戶的參與，這種其實也就是bootloader的默認處理，一般的產品設計ok進行最后的發(fā)布時，就會處于此種狀態(tài)。

下載模這種模式，大家肯定非常熟悉，就是大家在進行開發(fā)的時候所處的環(huán)境，我們經常使用的tftp, erase, cp.b等命令將相關的bin,img文件燒到板子上，這種情況下其實就是處于bootloader的執(zhí)行環(huán)境下，所以一定意義來說，大多的bootloader其實就是一個嵌入式操作系統(tǒng)，只是它的功能不強，不像linux的結構那么復雜，而且也不會支持多進程多線程處理。

bootloader種類和分類

這里的分類實際上是依據上面的bootloader的操作模式來進行劃分的，根據一個系統(tǒng)是否支持上面的下載模式我們這里將bootloader劃分為bootloader和monitor（這不是我劃分的，恩，是從別人的文章中引述過來的，不過我覺得他說的很有道理），這里”bootloader”是指只是引導設備與執(zhí)行主程序的固件，而”monitor”是指不僅擁有bootloader功能的，還能夠進入下載模式的固件。

(1)、ARM程序的組成

此處所說的“ARM程序”是指在ARM系統(tǒng)中正在執(zhí)行的程序，而非保存在ROM中的bin映像（image）文件，這一點清注意區(qū)別。

ZI是程序中的未初始化的變量；ZI就是zero；

(3)ARM程序的執(zhí)行過程

從以上兩點可以知道，燒錄到ROM中的image文件與實際運行時的ARM程序之間并不是完全一樣的。因此就有必要了解ARM程序是如何從ROM中的image到達實際運行狀態(tài)的。

3; ZI

(4) ROM主要指：NAND Flash，Nor Flash

對于剛學習ARM的人來說，如果分析它的啟動代碼，往往不明白下面幾個變量的含義：|Image$$RO$$Limit|、|Image$$RW$$Base|、|Image$$ZI$$Base|。

當把程序編寫好以后，就要進行編譯和鏈接了，在ADS1.2中選擇MAKE按鈕，會出現(xiàn)一個Errors and Warnings的對話框，在該欄中顯示編譯和鏈接的結果，如果沒有錯誤，在文件的最后應該能看到Image component sizes，后面緊跟的依次是Code，RO Data ，RW Data ，ZI Data ，Debug 各個項目的字節(jié)數(shù)，最后會有他們的一個統(tǒng)計數(shù)據：

Code 163632 ，RO Data 20939 ，RW Data 53 ，ZI Data 17028

Tatal RO size (Code+ RO Data) 184571 (180.25kB)

Tatal RW size(RW Data+ ZI Data) 17081(16.68 kB)

Tatal ROM size(Code+ RO Data+ RW Data) 184624(180.30 kB)

后面的字節(jié)數(shù)是根據用戶不同的程序而來的，下面就以上面的數(shù)據為例來介紹那幾個變量的計算。

在ADS的Debug Settings中有一欄是Linker/ARM Linker，在output選項中有一個RO base選項，

假如RO base設置為0x0c100000，后面的RW base 設置為0x0c200000，然后在Options選項中有Image entry point ，是一個初始程序的入口地址，設置為0x0c100000 。

有了上面這些信息我們就可以完全知道這幾個變量是怎么來的了：

|Image$$RO$$Base| = Image entry point =RO base =0x0c100000 ;表示程序代碼存放的起始地址

|Image$$RO$$Limit|=程序代碼起始地址+代碼長度+1

= 0x0c100000 + 184571 + 1 = 0x0c100000 +0x2D0FB + 1

= 0x0c12d0fc

|Image$$RW$$Base| = 0x0c200000=RW base 地址指定

|Image$$RW$$Limit| =|Image$$RW$$Base|+ RW Data 53

=0x0c200037

|Image$$ZI$$Base| = |Image$$RW$$Limit| + 1 =0x0c200038

|Image$$ZI$$Limit| = |Image$$ZI$$Base| + ZI Data 17028

=0x0c200038 + 0x4284

=0x0c2042bc

也可以由此計算：

|Image$$ZI$$Limit| = |Image$$RW$$Base| +TatalRWsize(RWData+ZIData) 17081

=0x0c200000+0x42b9+3（要滿足4的倍數(shù)）

=0x0c2042bc