基于U-BOOT的S3C44B0引導(dǎo)裝載程序的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

引言

嵌入式Linux的引導(dǎo)裝載程序（Bootloader）是操作系統(tǒng)內(nèi)核啟動(dòng)之前運(yùn)行的一段程序，其作用與PC機(jī)上的BIOS類似。通過(guò)這段程序，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)核做好正確的環(huán)境[1]。Bootloader 與底層硬件相關(guān)密切，即每個(gè)不同配置的目標(biāo)板都有不同的Bootloader。對(duì)于兩塊不同的嵌入式板，即使它們使用同一種CPU構(gòu)建，要想讓運(yùn)行在其中一塊上的Bootloader程序也能夠運(yùn)行在另一塊板子上，通常也都需要修改Bootloader源程序。

嵌入式系統(tǒng)的硬件部分不可能是完全一致的，不可能有通用的bootloader。因此，需要針對(duì)硬件系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)引導(dǎo)程序的設(shè)計(jì)。對(duì)于嵌入式系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，引導(dǎo)程序比較復(fù)雜，一般采用對(duì)基本符合硬件體系要求的現(xiàn)有引導(dǎo)程序進(jìn)行移植，然后加以應(yīng)用的方法設(shè)計(jì)引導(dǎo)程序。本文我們選擇功能強(qiáng)大的U－BOOT進(jìn)行移植。

1．U-BOOT簡(jiǎn)介

U-BOOT，全稱Universal Boot Loader,是德國(guó)DENX小組開發(fā)的用于多種嵌入式CPU的Bootloader引導(dǎo)程序，遵循GPL條款的開放源碼項(xiàng)目。U-Boot是在 ppcboot以及armboot的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái),現(xiàn)在已經(jīng)非常成熟與穩(wěn)定，在許多嵌入式系統(tǒng)開發(fā)過(guò)程中被采用。目前支持的目標(biāo)操作系統(tǒng)包括 VxWorks、QNX、RTEMS、NetBSD、Lynxos等。就目前來(lái)看，U-BOOT對(duì)PowerPC系列處理器支持最豐富，同時(shí)還支持 MIPS，x86,ARM,Nios,XScale等諸多常用系列的處理器。U-BOOT對(duì)Linux的支持非常完善，是嵌入式Linux Bootloader的最佳選擇。

U-BOOT支持的主要功能：

◆系統(tǒng)引導(dǎo)——支持NFS掛載、RAMDISK(壓縮或非壓縮)形式的根文件系統(tǒng)，從Flash中引導(dǎo)壓縮或非壓縮系統(tǒng)內(nèi)核。

◆基本輔助功能——強(qiáng)大的操作系統(tǒng)接口功能，可靈活設(shè)置、傳遞多個(gè)關(guān)鍵參數(shù)給操作系統(tǒng)，適合系統(tǒng)在不同開發(fā)階段的調(diào)試要求與產(chǎn)品發(fā)布，尤其對(duì)Linux支持最強(qiáng)勁。

◆設(shè)備驅(qū)動(dòng)——串口、SDRAM、以太網(wǎng)、PCI、RTC等驅(qū)動(dòng)支持。

◆上電自檢功能——自動(dòng)檢測(cè)FLASH、SDRAM選型及使用情況。

2．U-boot的啟動(dòng)流程[2]

從操作系統(tǒng)的角度看，Bootloader的總目標(biāo)就是正確的調(diào)用內(nèi)核來(lái)執(zhí)行。由于Bootloader的實(shí)現(xiàn)依賴于CPU的體系結(jié)構(gòu)，因此U-BOOT啟動(dòng)大多數(shù)分為stage1和stage2兩大部分。

第一階段主要包含依賴于CPU的體系結(jié)構(gòu)硬件初始化代碼，通常都用匯編語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)。U-BOOT的stage1如圖1所示。通常包括以下步驟：

①基本的硬件設(shè)備初始化（屏蔽所有的中斷、關(guān)閉處理器內(nèi)部指令/數(shù)據(jù)cache等）。

②為加載Bootloader的Stage2準(zhǔn)備空間。

③如果是從某個(gè)固態(tài)存儲(chǔ)媒質(zhì)中，則拷貝Bootloader的stage2到RAM空間中。

④設(shè)置好堆棧。

⑤跳轉(zhuǎn)到stage2的C程序入口點(diǎn)。

第二階段通常用C語(yǔ)言完成，以便實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的功能，也使程序有更好的可讀性和可移植性。這個(gè)階段的任務(wù)有： ①初始化本階段要使用到的硬件設(shè)備。②檢測(cè)系統(tǒng)內(nèi)存映射。③將kernel映像和根文件系統(tǒng)映像從flash上讀到RAM空間中。④為內(nèi)核設(shè)置啟動(dòng)參數(shù)⑤調(diào)用內(nèi)核。