第6课嵌入式系统的BootLoader技术ppt-开发

1嵌入式系统的BootLoader技术陈文智浙江大学计算机学院2009年5月2内容提要1.BootLoader程序的基本概念2.BootLoader的典型结构框架3.BootLoader实验实验一BootLoader应用实验实验二U-BOOT的分析和移植31.BootLoader程序的基本概念BootLoader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BootLoader程序通常安排在地址0x00000000处4BootLoader所支持的硬件环境每种不同的CPU体系结构都有不同的BootLoaderBootLoader的安装地址BootLoader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BootLoader的启动过程5BootLoader的操作模式启动加载模式下载模式BootLoader与主机之间的通信设备及协议62.BootLoader的典型结构框架操作系统的角度看，BootLoader的总目标就是正确地调用内核来执行大多数BootLoader都分为阶段1和阶段2两大部分阶段1实现依赖于CPU体系结构的代码阶段2实现一些复杂的功能72.1BootLoader阶段1介绍BootLoader的阶段1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Cache82）为加载阶段2准备RAM空间除了阶段2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确是可读写的RAM空间93）拷贝阶段2到RAM中4）设置堆栈指针sp5）跳转到阶段2的C入口点BootLoader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，如下图：10112.2BootLoader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12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typedefstructmemory_area_struct{u32start;/*内存空间的基址*/u32size;/*内存空间的大小*/intused;}memory_area_t;13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MEM_START+0X8000根文件系统所占用的内存范围MEM_START+0X00100000从Flash上拷贝While循环144）设置内核的启动参数标记列表(taggedlist)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BootLoader设置的常见启动参数有：ATAG_CORE、ATAG_MEM、ATAG_CMDLINE、ATAG_RAMDISK、ATAG_INITRD15例：设置ATAG_CORE的代码如下：params=(structtag*)BOOT_PARAMS;params-hdr.tag=ATAG_CORE;params-hdr.size=tag_size(tag_core);params-u.core.flags=0;params-u.core.pagesize=0;params-u.core.rootdev=0;params=tag_next(params);BOOT_PARAMS表示内核启动参数在内存中的起始基地址，指针params是一个structtag类型的指针。宏tag_next()将以指向当前标记的指针为参数，计算出当前标记的下一个标记的起始地址165）调用内核CPU寄存器的设置：R0＝0；R1＝机器类型ID；关于机器类型号，可以参见：linux/arch/arm/tools/mach-types。R2＝启动参数标记列表在RAM中起始基地址；CPU模式：必须禁止中断（IRQs和FIQs）；CPU必须SVC模式；Cache和MMU的设置：MMU必须关闭；指令Cache可以打开也可以关闭；数据Cache必须关闭；HOWTOCALL?172.3关于串口终端向串口终端打印信息也是一个非常重要而又有效的调试手段如果碰到串口终端显示乱码或根本没有显示的问题，可能是因为：BootLoader对串口的初始化设置不正确运行在host端的终端仿真程序对串口的设置不正确18BootLoader启动内核后却无法看到内核的启动输出信息：确认内核在编译时是否配置了对串口终端的支持，并配置了正确的串口驱动程序BootLoader对串口的初始化设置是否和内核对串口的初始化设置一致还要确认BootLoader所用的内核基地址必须和内核映像在编译时所用的运行基地址一致193.BootLoader实验实验一BootLoader应用实验实验二U-BOOT的分析和移植20实验一BootLoader应用实验（1）烧写XsBase255的BootLoader编译生成XsBase255专用的JTAG程序Jflash-XSBase255编译生成XSBase的BootLoaderx-boot255正确连线利用JTAG烧写BootLoader[root@XSBaseJTAG]#./Jflash-XSBase255x-boot25521实验一BootLoader应用实验（2）熟悉使用Bootloader指令，执行各个指令后将其结果与下表的description进行比较UsageHelpDescription对各个指令的简单的说明。ArgumentsNoneExampleX-HYPER255Help22UsageReload[kernel/ramdisk]Description将Flash中纪录的image复制到SDRAM为了复制kernelimage到SDRAM，Autoboot时自动执行ArgumentsKernel–将flash的kernelimage复制到SDRAM0xa0008000Ramdisk–将flash的ramdisk复制到SDRAM0xa0800000ExampleX-HYPER255reloadkernel23UsageTftp[file][loader/kernel/root/ramdisk]Tftp[file][addr]Description通过Ethernet将Host的映像文件下载到SDRAM中ArgumentsLoader–将接收到的文件储存到loader的SDRAM0xa0000000Kernel–将接收到的文件储存到kernel的SDRAM0xa0008000Root–将接收到的文件储存到0xa0000000Ramdisk–将接收到的文件储存到0xA0800000。Addr–SDRAM上纪录接收到的文件的地址ExampleX-HYPER255tftpzImagekernelX-HYPER255tftpzImage0xa000000024UsageFlash[loader/kernel/root/ramdisk]Flash[dest][src][len]Description将SDRAM上的数据储存到flash的相应地址ArgumentsLoader-将SDRAM的loader0xa00000000储存到flash的0x0地址Kernel-将SDRAM的Kernel0xa00080000储存到flash的0xc0000地址Root-将SDRAM的root0xa0000000储存到flash的0x1c0000地址Ramdisk-将SDRAM的ramdisk0xA0800000储存到Flash的0x1c0000地址Dest-储存到flash上的地址Src-原来的数据所在地址Len-复制的长度ExampleXSBASE255flashkernelXSBASE255flash0xc00000xa00000000x10000025UsageBootBoot[opt1][opt2]Boot[addr][opt1][opt2]Description驱动SDRAM上的kernel通过相应arguments驱动或者驱动相应地址的kernel。ArgumentsOpt1–kerneloption(Only0)Opt2–machinetype(X-Hyer255:200)Addr–kernelimageaddressExampleXSBASE255bootXSBASE255boot0200XSBASE255boot0xa0008000020026实验二U-BOOT的分析和移植（1）U-BOOT的特点在线读写Flash、DOC、IDE、IIC、EEROM、RTC。其他一般的BOOT-LOADER不支持IDE和DOC的在线读写。支持串行口kermit和S-record下载代码识别二进制、ELF32、uImage格式的Image，对Linux引导有特别的支持单任务软件运行环境27脚本语言支持(类似BASH脚本)支持WatchDog、LCDlogo和状态指示功能支持MTD和文件系统支持中断详细的开发文档28实验二U-BOOT的分析和移植（2）U-BOOT源代码结构/board：和一些已有开发板相关的文件/common：与体系结构无关的文件，实现各种命令的C文件/cpu：CPU相关文件/disk：disk驱动的分区处理代码/doc：文档/drivers：通用设备驱动程序，如网卡串口USB等29/fs:支持文件系统的文件/net：与网络有关的代码/lib_arm：与ARM体系结构相关的代码/tools：创建S-Record格式文件和U-BOOTimages的工具30实验二U-BOOT的分析和移植（3）对U-BOOT的移植建立自己开发板的目录和相关文件在include/configs目录中添加头文件xsbase.h在board/目录下新建xsbase目录，创建如下文件：flash.c、memsetup.S、xsbase.c、Makefile和u-boot.lds添加网口设备控制程序，cs8900网口设备的控制程序cs8900.c和cs8900.h31实验二U-BOOT的分析和移植（4）修改Makefile在u-boot-1.1.2/Makefile中加入：xsbase_config:unconfig@./mkconfig$(@:_config=)armpxaxsbase32实验二U-BOOT的分析和移植（5）生成目标文件先运行makeclean然后运行makexsbase_config再运行makeall生成三个文件：u-boot——ELF格式的文件，可以被大多数Debug程序识别。u-boot.bin——二进制bin文件，这个文件一般用于烧录到用户开发板中。u-boot.srec——MotorolaS-Record格式，可以通过串行口下载到开发板中33实验二U-BOOT的分析和移植（6）通过JTAG口将u-boot.bin烧写到Flash的零地址，复位后执行u-boot输入help得到所有命令列表