ARM的嵌入式Bootloader實(shí)現(xiàn)自動升級
0 引言
本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/171639.htm作為一種32位的高性能、低成本、低功耗的嵌入式RISC(Reduced Instruction Set Computer)微處理器,ARM(Advanced RISC Machines)微處理器目前已經(jīng)成為應(yīng)用最廣泛的嵌入式微處理器。和基于簡單RTOS甚至沒有使用任何操作系統(tǒng)的嵌入式程序設(shè)計(jì)相比,基于ARM- uClinux嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)采用了成熟、高效、可靠、模塊化、易于配置的操作系統(tǒng),使程序具有良好的可移植性,博得眾多嵌入式開發(fā)者的青睞[1]。嵌入式系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成,軟件部分主要包括Bootloader、內(nèi)核和文件系統(tǒng)。但由于Bootloader與處理器的體系結(jié)構(gòu)和具體嵌入式板級設(shè)備的配置密切相關(guān),至今沒有一個(gè)完全通用的Bootloader可以直接應(yīng)用于各種嵌入式系統(tǒng)中,因此Bootloader成為運(yùn)行嵌入式 Linux系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵問題。
通常在嵌入式系統(tǒng)中,首先通過專用燒錄器將Bootloader燒寫到目標(biāo)板的Flash中,然后在Bootloader中,將內(nèi)核映像文件和文件系統(tǒng)映像文件通過串口和網(wǎng)絡(luò)下載并燒寫到Flash中。若需對內(nèi)核或文件系統(tǒng)升級,則按上述方法重新燒寫新的Kernel,Romfs直接覆蓋原來的 Kernel,Romfs。這種方法中,一方面必須將目標(biāo)板和主機(jī)通過串口線或網(wǎng)線相連,需到現(xiàn)場去升級,比較麻煩;另一方面,通過串口或網(wǎng)絡(luò)燒寫映像文件,速度很慢。本文分析Bootloader的結(jié)構(gòu)和主要任務(wù),并針對實(shí)際項(xiàng)目開發(fā)中用到的Sigma Designs 公司的EM8624L芯片(ARM7TDMI處理器+uClinux)擴(kuò)充Bootloader功能,實(shí)現(xiàn)了通過CF存儲卡或硬盤對內(nèi)核或文件系統(tǒng)映像文件的自動升級。對需要經(jīng)常為Kernel,Romfs升級的嵌入式系統(tǒng)來說,克服了傳統(tǒng)升級方法的局限,簡化了升級方法,提高了升級速度。
1 ARM-uClinux嵌入式系統(tǒng)硬件平臺
EM8624L是Sigma Designs公司的一款采用ARM7TDMI內(nèi)核的高性能的嵌入式芯片,主要用于多媒體播放,尤其支持高清片源播放的場合。該芯片的特點(diǎn):主頻為 166MHz和200MHz(可選),沒有內(nèi)存單元(MMU),16KB的數(shù)據(jù)cache和16KB的指令cache,8KB的SRAM和2KB的 ISP、2KB的DSP,外圍總線接口支持SDRAM、靜態(tài)存儲器、Flash并且有以太網(wǎng)(Ethemet10/100)、USB2.0接口,2個(gè) UART接口等等,其總體設(shè)計(jì)硬件結(jié)構(gòu)如圖1:
2 Bootloader分析
Bootloader是在操作系統(tǒng)內(nèi)核運(yùn)行之前運(yùn)行的一段程序。通過此程序,可以初始化硬件設(shè)備、建立內(nèi)存空間的映射圖,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。
2.1 Bootloader結(jié)構(gòu)及工作流程
大多數(shù)Bootloader都包含兩種不同的操作模式[2]:
1)啟動加載(Boot loading)模式。即Bootloader從目標(biāo)機(jī)上的某個(gè)固態(tài)存儲設(shè)備上將操作系統(tǒng)加載到RAM中運(yùn)行,整個(gè)過程并沒有用戶的介入。
2)下載(Down loading)模式:在這種模式下,目標(biāo)機(jī)的Bootloader將通過串口或網(wǎng)絡(luò)連接等通信手段從主機(jī)下載內(nèi)核映像和根文件系統(tǒng)映像等,然后保存到目標(biāo)機(jī)上的Flash類固態(tài)存儲設(shè)備中。 Bootloader的這種模式通常在系統(tǒng)初次安裝和更新時(shí)被使用。
基于ARM的芯片多數(shù)為復(fù)雜的片上系統(tǒng)(SoC),這類復(fù)雜系統(tǒng)里的多數(shù)硬件模塊都是可配置的,因此大多數(shù)Bootloader都分為stage0 和stage1兩大部分。依賴于CPU體系結(jié)構(gòu)的代碼,通常都放在stage0中,在這一部分,我們直接對處理器內(nèi)核和硬件控制器進(jìn)行編程,因此常常都用匯編語言來實(shí)現(xiàn)。而stage1則通常用C/C++語言來實(shí)現(xiàn),這樣可以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的功能,而且代碼具有更好的可讀性和可移植性。
因此,Bootloader中stage0的主要任務(wù)如下:屏蔽所有中斷,初始化相關(guān)GPIO(General Purpose IO),初始化SDRAM,拷貝Bootloader和Kernel到SDRAM中,關(guān)閉數(shù)據(jù)Cache,跳轉(zhuǎn)到Stage1執(zhí)行等。本實(shí)驗(yàn)在 Bootloader中實(shí)現(xiàn)進(jìn)入stage0的代碼如下:
//@EM8624L has internal memory at REG_BASE_CPUwww.51kaifa.com
ldr r1,=(REG_BASE_CPU + STAGE0_CRYPTO_STACK_SIZE)
mov sp , r1
//@call crypto stage 0 entry function
ldr r1 , =(STAGE0_CRYPTO_IMAGE_START) @new pc
mov lr , pc
mov pc , r1
uart_putc #’x’ , r10 , r11
Stage1的主要任務(wù)如下:初始化計(jì)時(shí)器,初始化網(wǎng)絡(luò),初始化Flash,裝載內(nèi)核映像和文件系統(tǒng)映像,初始化命令控制臺等。進(jìn)入stage1的匯編代碼如下:
adr r0 , load_addr //@get stage1 entry point
ldr r9 , [r0 , #0x0c]
3 本實(shí)驗(yàn)基本原理
評論