U-Boot在LPC2210上的移植分析

1．引言

Bootloader是嵌入式軟件開發(fā)的第一個(gè)環(huán)節(jié)，它為最終加載操作系統(tǒng)內(nèi)核映像建立了正確的環(huán)境。U-Boot是一個(gè)開放源代碼的啟動(dòng)引導(dǎo)加載程序。筆者以PHILIP公司生產(chǎn)的LPC2210 處理器為硬件基礎(chǔ)，詳細(xì)分析了U-Boot軟件啟動(dòng)流程，以及針對(duì)U-Boot源碼本身并不支持的LPC2210處理器應(yīng)用U-Boot作為 Bootloader的移植方法，最后給出了U-Boot在LPC2210上的移植實(shí)例。

2．Bootloader簡(jiǎn)介

Bootloader（引導(dǎo)加載程序）是系統(tǒng)加電后運(yùn)行的第一段軟件代碼。通過運(yùn)行Bootloader程序，可以初始化硬件設(shè)備，建立系統(tǒng)的內(nèi)存空間映射圖，從而將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境帶到一個(gè)適合的狀態(tài)，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。最終，Bootloader把操作系統(tǒng)內(nèi)核映像加載到RAM中，并將系統(tǒng)控制權(quán)傳遞給它。通常Bootloader對(duì)硬件的依賴性非常強(qiáng)，特別是在嵌入式系統(tǒng)世界,因此，在嵌入式系統(tǒng)世界里建立一個(gè)通用的Bootloader幾乎是不可能的。這就要求開發(fā)人員根據(jù)不同的硬件環(huán)境來開發(fā)適合自己開發(fā)板的Bootloader程序。

3．U-Boot軟件結(jié)構(gòu)

U-Boot，全稱Universal Boot Loader，是遵循GPL條款的開放源碼項(xiàng)目。U-Boot不僅僅支持嵌入式Linux系統(tǒng)的引導(dǎo)，它還支持多種主流嵌入式操作系統(tǒng)。這是U-Boot 中universal的一層含義。另外一層含義則是U-Boot能夠支持MIPS、ARM、XScale等諸多常用系列的處理器。這兩個(gè)特點(diǎn)正是U- Boot項(xiàng)目的開發(fā)目標(biāo)，即支持盡可能多的嵌入式處理器和嵌入式操作系統(tǒng)。U-Boot軟件在頂層目錄下有18個(gè)子目錄，分別存放和管理不同的源程序。這些目錄按照其不同的規(guī)則可以分為三類：

（1）與處理器體系或開發(fā)板硬件直接相關(guān)，例如：/board,/cpu,/include等；

（2）一些通用的函數(shù)或者驅(qū)動(dòng)程序,例如：/lib_arm,/driver，/Dtt，/common等；

（3）U-Boot的應(yīng)用程序，工具或者文檔，/tools,/Doc,/Fs,/Post,/net等。

4．啟動(dòng)流程分析

U-Boot軟件的啟動(dòng)程序分為Stage1和Stage2兩個(gè)階段。依賴于CPU體系結(jié)構(gòu)的代碼，通常都放在Stage1中，Stage1主要完成：硬件設(shè)備初始化；為加載Stage2準(zhǔn)備RAM空間，復(fù)制Stage2到RAM空間中；設(shè)置堆棧；跳轉(zhuǎn)到Stage2的C入口點(diǎn)。Stage2通常用 C語言來實(shí)現(xiàn)，這樣可以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的功能，而且代碼會(huì)具有更好的可讀性和移植性，在Stage2主要完成：初始化本階段要使用的硬件設(shè)備；檢測(cè)系統(tǒng)內(nèi)存映射；將kernel映像和根文件系統(tǒng)映像從Flash上讀到RAM空間；設(shè)置內(nèi)核啟動(dòng)參數(shù)，調(diào)用內(nèi)核。

5．LPC2210下移植實(shí)例

5.1移植前準(zhǔn)備工作

移植過程中要從軟件和硬件兩個(gè)方面準(zhǔn)備。首先在Linux操作系統(tǒng)平臺(tái)下移植適合LPC2210處理器的交叉編譯環(huán)境，直接下載arm-elf- tools-20040427.sh,將它拷貝到根目錄并增加其可執(zhí)行權(quán)限，通過/arm-elf-tools-20040427.sh命令運(yùn)行腳本，查看/usr/local/bin目錄下有arm-elf開頭的編譯環(huán)境文件則證明交叉編譯環(huán)境安裝成功。

開發(fā)板硬件平臺(tái)是基于ARM7TDMI RISC內(nèi)核的LPC2210處理器，由于Bootloader軟件是和底層的硬件是緊密相關(guān)的，所以在移植前要充分了解與移植有關(guān)的開發(fā)板硬件信息包括：系統(tǒng)硬件器件地址空間分配，初始化CPU流程、NOR FLASH,RAM驅(qū)動(dòng)及擦寫芯片時(shí)序、網(wǎng)絡(luò)芯片驅(qū)動(dòng)等。移植相關(guān)的硬件框圖如圖1所示：

硬件框圖 圖1