基于ARM-Linux嵌入式系統(tǒng)引導(dǎo)程序的設(shè)計(jì)

0.概述

　　在專(zhuān)用的嵌入式開(kāi)發(fā)板上運(yùn)行操作系統(tǒng)（如Linux）已經(jīng)變得越來(lái)越流行，而Bootloader就是為引導(dǎo)操作系統(tǒng)內(nèi)核運(yùn)行的一段代碼。通過(guò)它可以初始化硬件設(shè)備、建立或檢測(cè)內(nèi)存空間的映射，其功能有點(diǎn)類(lèi)似于PC機(jī)的BIOS（基本輸入輸出系統(tǒng)）程序。它的主要作用是為運(yùn)行操作系統(tǒng)提供基本的運(yùn)行環(huán)境，并操作系統(tǒng)的內(nèi)核裝載到存儲(chǔ)器（RAM）中的合適位置上去運(yùn)行。本文將以Samsung公司的S3C2410開(kāi)發(fā)板為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，具體闡述了Bootloader的運(yùn)行原理與實(shí)現(xiàn)分析。

　　Bootloader程序與CPU芯片的內(nèi)核結(jié)構(gòu)、具體芯片和使用的操作系統(tǒng)等因素有著密切關(guān)系，因此要為所有類(lèi)型的嵌入式開(kāi)發(fā)板建立一個(gè)通用的Bootloader幾乎是不可能的。盡管如此，本文將盡量對(duì)Bootloader歸納出一些通用的概念，以幫助特定用戶(hù)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)自己的Bootloader。


1.系統(tǒng)組成

　　典型的ARM嵌入式系統(tǒng)硬件平臺(tái)一般包括一個(gè)以ARM為內(nèi)核的處理器、存儲(chǔ)器和必要的外部接口與設(shè)備。在本系統(tǒng)中，采用內(nèi)嵌ARM920T的Samsung公司S3C2410處理器，工作頻率200MHz，存儲(chǔ)器使用2MB的NorFlash和64MB的SDRAM，外部接口除了用于下載和通信的串口，還配備有以太網(wǎng)接口、USB接口。
軟件平臺(tái)由以下部分組成：Bootloader、嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核（Kernel）、文件系統(tǒng)（Filesystem）[1]。其中，嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核是嵌入式系統(tǒng)加電運(yùn)行后的管理平臺(tái)，負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)性任務(wù)和多任務(wù)的管理。文件系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)軟件平臺(tái)占用存儲(chǔ)量最大的一部分，也是與用戶(hù)開(kāi)發(fā)最相關(guān)的一部分。它存儲(chǔ)了系統(tǒng)配置文件、系統(tǒng)程序、用戶(hù)應(yīng)用程序和必需的驅(qū)動(dòng)程序。

2、Bootloader運(yùn)行流程
　　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SansungS3C2410CPU，在系統(tǒng)加電或復(fù)位時(shí)就會(huì)從地址0x00000000處讀取它的第一條指令?；贑PU構(gòu)建的嵌入式系統(tǒng)則通常都會(huì)有某種類(lèi)型的固態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備(如本例中的FLASH)被映射到這個(gè)預(yù)先安排的地址上，而B(niǎo)ootloader程序一般正是被燒錄或者下載到固態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備的0x00000000地址處，因此在系統(tǒng)在加電或復(fù)位后，CPU將會(huì)首先執(zhí)行Bootloader程序。

　　由于Bootloader的實(shí)現(xiàn)依賴(lài)于CPU的體系結(jié)構(gòu)，因此Bootloader功能的實(shí)現(xiàn)基本可分為Stage1和Stage2兩大部分，分別運(yùn)行于系統(tǒng)的ROM和RAM中。依賴(lài)于CPU體系結(jié)構(gòu)的代碼，比如設(shè)備初始化代碼等，通常都放在Stage1中，基本都用匯編語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)，以達(dá)到簡(jiǎn)短精練的目的。而Stage2則通常用C語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣可以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的功能，而且代碼會(huì)具有更好的可讀性和可移植性[3]。

3.1其中，Bootloader的Stage1通常依次執(zhí)行以下主要步驟：

3.1.1硬件設(shè)備初始化。

　　其目的是為執(zhí)行Stage2及隨后的操作系統(tǒng)Kernel準(zhǔn)備好一些基本的硬件環(huán)境。