bootloader設(shè)計與實現(xiàn)

1、第一章 第四章 boot loader設(shè)計與實現(xiàn)1.1 4.1 boot loader 的概念一個嵌入式Linux系統(tǒng)從軟件的角度看通常可以分為四個層次：引導(dǎo)加載程 序、Linux內(nèi)核、文件系統(tǒng)、用戶應(yīng)用程序。圖4.1 Linux 系統(tǒng)層次圖引導(dǎo)加載程序是系統(tǒng)加電后運行的第一段代碼。我們熟悉的PC中的引導(dǎo)程序一般由BIOS和位于MBR的OS Boot Loader（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）， 因此整個系統(tǒng)的加載啟動任務(wù)就完全由 Boot Loader來完成。在嵌入式Linux 中，圖4.1中的引導(dǎo)加載程序即

2、等效為 Boot Loader 。簡單地說，boot loader就是在操作系統(tǒng)內(nèi)核運行之前運行的一段小程序。通過這段小程序，我們可以初始化硬件設(shè)備、建立內(nèi)存空間的映射圖，從而將系 統(tǒng)的軟硬件環(huán)境帶到一個合適的狀態(tài)，以便為最終調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)核準備好正確的環(huán)境。對于一個系統(tǒng)來說，本質(zhì)上，Boot Loader作為引導(dǎo)與加載內(nèi)核鏡像的工具，在實現(xiàn)上，必須提供以下幾個功能：1 初始化硬件設(shè)備為后面程序的運行以及kernel的加載準備一些基本的硬件環(huán)境。2 .初始化RAMBoot Loader必須能夠初始化RAM，因為將來系統(tǒng)要通過它保存一些易變數(shù)據(jù)，但具體地實現(xiàn)要依賴于具體的 CPU以及硬件系統(tǒng)。3

3、. 初始化串口Boot Loader應(yīng)該要初始化以及使能至少一個串口，通過它與控制臺聯(lián)系進 行一些debug的工作以及與PC通信。4. 創(chuàng)建內(nèi)核參數(shù)列表針對Linux系統(tǒng)來說，這是一個推薦的步驟。5. 啟動內(nèi)核鏡像這是必須的，因為Boot Loader的最終任務(wù)就是加載內(nèi)核并將控制權(quán)交與它。通常，boot loader是嚴重地依賴于硬件而實現(xiàn)的，特別是在嵌入式世界。因此在嵌入式世界里建立一個通用的 boot loader幾乎是不可能的。盡管如 此，我們?nèi)匀豢梢詫oot loader歸納出一些通用的概念來。而這僅僅局限于 理論上，至于涉及到具體的設(shè)計與實現(xiàn)，則要結(jié)合具體的硬件系統(tǒng)。同時，對 于

4、Boot Loader的這些共同特性，理論上只局限于 Boot Loader的基本功能， 因為擴展功能眾多，可以有串口、USB、以太網(wǎng)接口、IDE等，無法進行歸納與總結(jié)1. boot loader 所支持的CPU和嵌入式板每種不同的CPU體系結(jié)構(gòu)都有不同的boot loader 。有些boot loader也支持多種體系結(jié)構(gòu)的CPU，比如U-BOOT就同時支持ARM體系結(jié)構(gòu)和MIPS體系 結(jié)構(gòu)。除了依賴于CPU的體系結(jié)構(gòu)外，boot loader實際上也依賴于具體的嵌 入式板級設(shè)備的配置。這也就是說，對于兩塊不同的嵌入式板而言，即使它們 是基于同一種CPU而構(gòu)建的，要想讓運行在一塊板子上的 b

5、oot loader程序也 能運行在另一塊板子上，通常也都需要修改 boot loader的源程序。2. boot loader 的安裝媒介(Installation Medium)系統(tǒng)加電或復(fù)位后，所有的CPU通常都從某個由CPU制造商預(yù)先安排的地 址上取指令。比如，基于ARM920 core的CPU在復(fù)位時通常都從地址 0x00000000取它的第一條指令。而基于CPU構(gòu)建的嵌入式系統(tǒng)通常都有某種 類型的固態(tài)存儲設(shè)備(比如:ROM, EEPROM或FLASH等)被映射到這個預(yù)先安排 的地址上。因此在系統(tǒng)加電后，CPU將首先執(zhí)行boot loader程序。3 .用來控制boot loader

6、的設(shè)備或機制主機和目標機之間一般通過串口建立連接，boot loader軟件在執(zhí)行時通常會通過串口來進行I/O ,比如:輸出打印信息到串口，從串口讀取用戶控制字符 等。4. boot loader 的啟動過程是單階段(Single Stage)還是多階段(Multi-Stage) 11通常多階段的boot loader能提供更為復(fù)雜的功能，以及更好的可移植性。從固態(tài)存儲設(shè)備上啟動的boot loader大多都是2階段的啟動過程，也即啟動過程可以分為stagel和stage2兩部分。在stagel中要完成一些準備工作，目的是為stage2的執(zhí)行以及隨后的kernel的執(zhí)行準備好一些基本的硬件環(huán)境。其基本流程如圖4.2 :硬件設(shè)備初始化為加載Boot Loader的stage2準備RAM空間設(shè)置好堆?？截?Boot Loader 的 stage2 到 RAM 空跳轉(zhuǎn)到stage2的C入口點圖4.2 stagel流程圖boot loader的stagel通常包括以下步驟（以執(zhí)行的先后順序）：A）硬件設(shè)備初始化。雖然嵌入式開發(fā)板上硬件設(shè)備的種類繁多，但要實現(xiàn)Boot Loader的基本功能的硬件設(shè)備幾乎是每個開發(fā)板都具備的。其初始化步驟如下：1）屏