基于S3C44B0X的U-Boot分析與移植

1.引言

嵌入式系統(tǒng)一般指非PC系統(tǒng)，它包括硬件和軟件兩部分。硬件包括處理器/微處理器、存儲(chǔ)器及外設(shè)器件和I/O端口等。軟件部分包括Bootloader、操作系統(tǒng)（OS）和應(yīng)用程序。嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件都必須高效率地設(shè)計(jì)、量體裁衣、去除冗余，這樣才能在具體應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)更高的處理性能。其中，Bootloader是基于特定硬件平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，負(fù)責(zé)硬件的初始化、嵌入式系統(tǒng)的引導(dǎo)加載等工作，是嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。嵌入式開(kāi)發(fā)的硬件平臺(tái)是根據(jù)應(yīng)用需要定制的，因此不存在一個(gè)通用的Bootloader。U-Boot是一個(gè)支持多種CPU體系結(jié)構(gòu)的 Bootloader。本文就是針對(duì)在自制開(kāi)發(fā)板上實(shí)現(xiàn)U-Boot的移植。

2.U-Boot概述

Bootloader是一種引導(dǎo)加載程序。它是系統(tǒng)加電后運(yùn)行的第一段代碼。從功能上說(shuō)，Bootloader就是操作系統(tǒng)內(nèi)核運(yùn)行之前用來(lái)初始化硬件設(shè)備、建立內(nèi)存空間的映射圖的程序。它將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境設(shè)定在一個(gè)合適的狀態(tài)，以便為最終調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)核，運(yùn)行用戶(hù)應(yīng)用程序準(zhǔn)備好正確的環(huán)境。圖 1是Flash上同時(shí)裝有Bootloader、內(nèi)核啟動(dòng)參數(shù)、內(nèi)核映像和根文件系統(tǒng)映像的典型空間分配結(jié)構(gòu)示意圖。Bootloader啟動(dòng)后，初始化硬件設(shè)備，并將嵌入式Linux內(nèi)核和根文件系統(tǒng)映像分別加載到內(nèi)核中的正確地址，然后跳轉(zhuǎn)到內(nèi)核的起始地址啟動(dòng)內(nèi)核。

大多數(shù) Boot Loader 都包含兩種不同的操作模式：?jiǎn)?dòng)加載模式和下載模式[1]。

啟動(dòng)加載（Boot loading）模式：這種模式也稱(chēng)為“自主”（Autonomous）模式。也即 Boot-

loader從目標(biāo)機(jī)上的某個(gè)固態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備上將操作系統(tǒng)加載到 RAM 中運(yùn)行，整個(gè)過(guò)程并沒(méi)有用戶(hù)的介入。

下載（Downloading）模式：在這種模式下，目標(biāo)機(jī)上的Bootloader將通過(guò)串口連接或網(wǎng)絡(luò)連接等通信手段從主機(jī)（HOST）下載文件。從主機(jī)下載的文件通常首先被 Bootloader 保存到目標(biāo)機(jī)的 RAM 中，然后再被 Bootloader 寫(xiě)到目標(biāo)機(jī)上的FLASH 類(lèi)固態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備中。Bootloader 的這種模式通常在第一次安裝內(nèi)核與根文件系統(tǒng)時(shí)被使用；此外，以后的系統(tǒng)更新也會(huì)使用 Bootloader 的這種工作模式。

U-Boot作為一種可以支持多種體系結(jié)構(gòu)CPU的Bootloader，同時(shí)支持上述兩種工作模式，而且允許用戶(hù)在這兩種工作模式之間進(jìn)行切換。它是由德國(guó)工程師Wolfgang Denk 從8XXROM 代碼發(fā)展起來(lái)，遵循GPL條款的開(kāi)放源碼項(xiàng)目，支持多種處理器，如ARM，PowerPC，MIPS和x86等。

3.U-Boot的啟動(dòng)流程

由于Bootloader的實(shí)現(xiàn)依賴(lài)于 CPU 的體系結(jié)構(gòu)，因此大多數(shù)Bootloader都分為 stage1和stage2 兩大部分。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，而且通常都用匯編語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)，以達(dá)到短小精悍的目的。而 stage2 則通常用C語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣可以實(shí)現(xiàn)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。U-Boot也是如此。

3.1 stage1

此階段相應(yīng)的代碼在cpu/s3c44b0/start .s下。主要功能是完成硬件的初始化，主要包括屏蔽所有中斷，設(shè)置CPU的速度和時(shí)鐘頻率，RAM初始化，為加載stage 2準(zhǔn)備RAM空間，拷貝stage2到RAM中，設(shè)置堆棧指針SP，跳轉(zhuǎn)到stage2的C程序入口點(diǎn)。其工作流程如圖2所示：