基于PXA272的Bootloader的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
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PC機(jī)中的引導(dǎo)程序一般由BIOS和位于MBR的OSBootloader（例如LILO或者GRUB）一起組成。然而在嵌入式系統(tǒng)中通常沒有像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Bootloader來完成。但是隨著嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展，Bootloader已經(jīng)逐漸在基本功能的基礎(chǔ)上進(jìn)行了擴(kuò)展，Bootloader可以更多地增加對(duì)具體系統(tǒng)的板級(jí)支持，即增加一些硬件模塊功能上的使用支持，以方便開發(fā)人員進(jìn)行開發(fā)和調(diào)試。編寫B(tài)ootLoader是開發(fā)WinCE系統(tǒng)第一步，也是關(guān)鍵的一步。只有得到一個(gè)穩(wěn)定工作的Loader程序，才能夠更進(jìn)一步開發(fā)WinCE的BSP，直至最后整個(gè)系統(tǒng)的成功。
2硬件平臺(tái)結(jié)構(gòu)
我們的硬件平臺(tái)采用PXA 272 作為處理器，工作頻率為512M HZ,內(nèi)部集成了64 M bytes NOR Flash。Intel PXA27X處理器是Intel公司推出的32位,基于Xscale架構(gòu)的高性能的嵌入式芯片。【2】硬件平臺(tái)結(jié)構(gòu)中主要還包括了如下的主要器件：128 M SDRAM、AC97 codec、 LCD 控制器、IrDa芯片、藍(lán)牙UART、USB控制器。另外還集成了3.5吋、240×320 QVGA的TFT-LCD 觸摸屏、PCMCIA、SD/MMC等外設(shè)接口,WLAN模塊。
Intel的PXA 27X內(nèi)部支持SD Host的控制模塊，有SD Host控制寄存器和可以用于SD Host控制器的IO引腳，可用編程的方法對(duì)其功能進(jìn)行選擇；但對(duì)于SD卡的檢測(cè)，寫保護(hù)和插槽的電源使能
等功能沒有專門的引腳。在本文實(shí)現(xiàn)中，對(duì)于卡檢測(cè)、電源引腳，通過GPIO擴(kuò)展來實(shí)現(xiàn)。和SD卡硬件相關(guān)的部分引腳定義如表1所示：【3】【4】
表1 PXA 272部分GPIO引腳功能定義
信號(hào) | 方向 | Intel 272功能引腳 | 說明 |
SD_nPWREN | 輸入 | SDPWEN/GPB2 | SD插槽電源使能信號(hào)線 |
SD_DATA3 | 輸入/輸出 | SDDATA0/GPF5 | 4bit模式：DATA3 |
SD_DATA2 | 輸入/輸出 | SDDATA0/GPF4 | 4bit模式：DATA2 |
SD_DATA1 | 輸入/輸出 | SDDATA0/GPE5 | 4bit模式：DATA1 |
SD_DATA0 | 輸入/輸出 | SDDATA0/GPG2 | 4bit模式：DATA0 |
SD_CMD | 輸入/輸出 | SDCMD/GPG1 | SD命令線 |
SD_CLK | 輸入 | SDCLK/GPF3 | SDIO/SD卡時(shí)鐘線 |
SD_nCD | 輸出 | EINT23/GPF1 | SD卡檢測(cè)引腳 |
SD_WP | 輸出 | GPC3 | SD卡寫保護(hù)引腳 |
一個(gè)嵌入式WinCE系統(tǒng)從軟件的角度看通常可以分為兩部分：Bootloader 和 Wince嵌入式系統(tǒng)。從Bootloader和Wince嵌入式系統(tǒng)的關(guān)系看,Bootloader包含兩種不同的操作模式：“本地啟動(dòng)”模式和“下載啟動(dòng)”模式?！?】在本地啟動(dòng)模式下Bootloader從Flash上將Wince操作系統(tǒng)加載到RAM中運(yùn)行。在下載啟動(dòng)模式下，目標(biāo)機(jī)上的Bootloader將通過串口或者網(wǎng)絡(luò)連接或者USB等從主機(jī)下載操作系統(tǒng)文件,也可以直接從SD/MMC卡、CF卡上加載操作系統(tǒng)鏡像文件。在下載啟動(dòng)模式下,Bootloader通過串口給用戶提供簡(jiǎn)單的命令行接口。
3.1Bootloader的流程
當(dāng)系統(tǒng)上電后，ARM CPU會(huì)從物理地址零處開始執(zhí)行第一條指令的執(zhí)行，通常會(huì)在該地址處放置一條跳轉(zhuǎn)指令。在我們的硬件平臺(tái)中物理地址零是64M Flash的物理起始地址。這里值得需要說明的是64M Flash 是固化在Intel PXA 272中的。所以我們的Bootloader燒入也必須從Flash的物理地址零開始。Bootloader二進(jìn)制文件的最前面的4個(gè)字節(jié)就是一條跳轉(zhuǎn)指令。
接著系統(tǒng)會(huì)跳轉(zhuǎn)到一段用ARM匯編編寫的代碼中去執(zhí)行。其作用是完成系統(tǒng)啟動(dòng)所必須的最小配置,例如配置cpu的工作頻率，配置GPIO,配置時(shí)鐘等。然后為我們處理器的工作模式設(shè)置棧指針。
接著把Bootloader從Flash搬運(yùn)到SDRAM中,配置MMU,創(chuàng)建頁表,使能MMU,然后把自己后半部重定位到SDRAM中去執(zhí)行。在后半部的執(zhí)行中會(huì)根據(jù)用戶做的動(dòng)作（是否按住一個(gè)按鈕）來判斷是要本地啟動(dòng)還是下載啟動(dòng)。具體的流程圖如圖1所示。
當(dāng)用戶選擇特定下載啟動(dòng)方式后，就進(jìn)入具體的下載流程。首先需要對(duì)用戶選定的介質(zhì)的硬件進(jìn)行必要的初始化。之前做的一些硬件的初始化是不夠的，因?yàn)闆]必要在前面進(jìn)行全面的硬件初始化，現(xiàn)在要具體使用了就需要進(jìn)行具體的配置。
3.2軟件實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵
Bootloader是依賴于硬件而實(shí)現(xiàn)的，特別是在嵌入式系統(tǒng)中。不同的體系結(jié)構(gòu)需求的Bootloader是不同的；除了體系結(jié)構(gòu)，Bootloader還依賴于具體的嵌入式板級(jí)設(shè)備的配置。所以根據(jù)不同的板級(jí)配置需要修改相應(yīng)的Bootloader。【5】我們使用的bootloader是Microsoft提供的和Wince配套的Eboot。下面幾點(diǎn)是在我們的硬件平臺(tái)上修改Eboot的關(guān)鍵。
3.2.1配置內(nèi)存映射表
WinCE嵌入式系統(tǒng)通過定義OEMAddressTable來定義虛擬內(nèi)存到物理內(nèi)存的映射表.這個(gè)表在我們的實(shí)現(xiàn)中是bootloader和WinCE系統(tǒng)公用的。【5】當(dāng)然這不是強(qiáng)制性的.我們需要根據(jù)硬件平臺(tái)的不同定制自己的映射表。在我們的設(shè)計(jì)中,這個(gè)表把4GB的物理空間映射到512M的內(nèi)核虛擬空間。
表中的每一項(xiàng)由虛擬地址,物理地址,和映射的M數(shù)組成。其格式如下所示
OEMAddressTable
DCD SDRAM_BASE_C_VIRTUAL, SDRAM_BASE_PHYSICAL, 64
DCD SDRAM1_BASE_C_VIRTUAL, SDRAM1_BASE_PHYSICAL, 64
DCD IM_STORAGE_BASE_C_VIRTUAL, IM_STORAGE_BASE_PHYSICAL, 1
.....
DCD 0x00000000, 0x00000000, 0
第一項(xiàng)和第二項(xiàng)分別使64M的虛擬地址映射到64M物理地址,因?yàn)槲覀儾捎脙蓷l64M的SDRAM。第二項(xiàng)使1M的內(nèi)部?jī)?nèi)存的虛擬地址映射到物理地址,因?yàn)槲覀兪褂?M大小的內(nèi)部存儲(chǔ)。最后一項(xiàng)必須是零,因?yàn)榻㈨摫淼臅r(shí)候程序通過它來判斷是否結(jié)束映射過程。在配置MMU的時(shí)候會(huì)使用這個(gè)表來完成虛擬地址到物理地址的映射的頁表的建立。
評(píng)論