第7章嵌入式系统的BootLoader技术.ppt.pptVIP

嵌入式系统的Boot Loader技术 内容提要 1. Boot Loader程序的基本概念 2. Boot Loader的典型结构框架 3. Boot Loader实验 实验一 Boot Loader应用实验 实验二 U-BOOT的分析和移植 1. Boot Loader程序的基本概念 Boot Loader就是在操作系统内核运行之前运行的一段小程序 初始化硬件设备和建立内存空间的映射图 将系统的软硬件环境带到一个合适的状态，以便为最终调用操作系统内核准备好正确的环境 系统的Boot Loader程序通常安排在地址0处 Boot Loader所支持的硬件环境 每种不同的CPU体系结构都有不同的Boot Loader Boot Loader的安装地址 系统加电或复位后，所有的CPU通常都从某个由CPU制造商预先安排的地址上取指令。 基于XScale内核的CPU在复位时通常都从地址0取它的第一条指令。 基于这种CPU构建的嵌入式系统通常都有某种类型的固态存储设备(如ROM、EEPROM或FLASH等)被映射到这个预先安排的地址上。因此在系统加电后，CPU将首先执行Boot Loader程序。 Boot Loader相关的设备和机制 主机和目标机之间一般通过串口建立连接 Boot Loader的启动过程 通常多阶段的Boot Loader能提供更为复杂的功能，以及更好的可移植性。 从固态存储设备上启动的Boot Loader大多都是stage2的启动过程，也即启动过程可以分为stage1和stage2两部分。 Boot Loader的操作模式 启动加载模式 下载模式 Boot Loader与主机之间的通信设备及协议 目标机上的Boot Loader通常是通过串口与主机之间进行文件传输，传输协议通常是xmodem／ymodem／zmodem协议中的一种。但是，串口传输的速度是有限的，因此通过以太网连接并借助TFTP协议来下载文件是个更好的选择。 主机平台所用的软件也需要考虑。 比如，在通过以太网连接和TFTP协议来下载文件时，主机平台必须有一个软件用来提供TFTP服务。 2. Boot Loader的典型结构框架 操作系统的角度看，Boot Loader的总目标就是正确地调用内核来执行 大多数Boot Loader都分为stage1和stage2两大部分 stage1实现依赖于CPU体系结构的代码 ，比如设备初始化代码等，通常都放在stage1中，而且通常都用汇编语言来实现，以达到短小精悍的目的。 stage2通常用C语言来实现，这样可以实现一些复杂的功能，而且代码会具有更好的可读性和可移植性。 2.1 Boot Loader阶段1介绍 Boot Loader 的stage1通常包括以下步骤： 1）硬件设备初始化。 屏蔽所有的中断 设置CPU的速度和时钟频率 RAM初始化 初始化LED 关闭CPU内部指令／数据Cache 2）为加载stage2准备RAM空间 必须为加载Boot Loader的stage2准备好一段可用的RAM空间范围 除了stage2可执行映象的大小外，还必须把堆栈空间也考虑进来 必须确保所安排的地址范围的的确是可读写的RAM空间 3）复制stage2到RAM中 拷贝时要确定两点： (1)stage2的可执行映象在固态存储设备的存放起始地址和终止地址； (2) RAM空间的起始地址。 4）设置堆栈指针sp 通常我们可以把sp的值设置为(stage2_end-4)，也即所安排的那个1MB的RAM空间的最顶端(堆栈向下生长)。 5）跳转到stage2的C入口点 Boot Loader 的 阶段2 可执行映象刚被拷贝到 RAM 空间时的系统内存布局，如右图： 2.2 Boot Loader阶段2介绍 1）初始化本阶段要使用到的硬件设备 初始化至少一个串口，以便和终端用户进行I/O输出信息 初始化计时器等 2）检测系统的内存映射 内存映射的描述 可以用如下数据结构来描述RAM地址空间中的一段连续的地址范围： 内存映射的检测 3）加载内核映像和根文件系统映像 规划内存占用的布局 内核映像所占用的内存范围 根文件系统所占用的内存范围 从Flash上拷贝 4）设置内核的启动参数 标记列表(tagged list)的形式来传递启动参数，启动参数标记列表以标记ATAG_CORE开始，以标记ATAG_NONE结束 嵌入式Linux系统中，通常需要由Boot Loader设置的常见启动参数有：ATAG_CORE、ATAG_MEM、ATAG_CMDLINE、ATAG_RAMDI