UBoot在基于ADSPBF的嵌入式Linux系统上的移植

U-Boot在基于ADSPBF533的嵌入式Linux系统上的移植1引言BootLoader(内核引导程序)是在操作系统内核运行之前运行的一段自举程序，用于初始化硬件设备、改变处理器运行模式、重组中断向量和建立内存空间映射图，从而将系统的软硬件带到一个合适的状态或者用户定制的特定状态，以便为最终加载操作系统内核准备好正确的环境[1]。嵌入式Linux系统常用的BootLoader有arm-boot、redboot、U-Boot等。U-Boot(全称UniversalBootLoader)是当前比较流行的遵循GPL条件的开放源码项目。U-Boot具有源码公开的特点，开发人员可根据自身需要进行裁减；支持多种处理器和嵌入式操作系统内核；具有多种设备驱动源码：支持种引导方式；具有功能强大且成熟、稳定等诸多优点，故在嵌入式系统开发过程中广泛采用。U-Boot严重依赖于底层硬件，不同的CPU或嵌入式板极设备需要不同的U-Boot，因此，在嵌入式系统中建立通用的U-Boot是非常困难的，故U-Boot需针对开发板量身定做。2开发平台2.1BF533简介Blackfin系列DSP是ADI公司与Intel联合开发推出的第一款高性能、低功耗第四代定点DSP产品，融合了AnalogDevices/Intel公司的微信号结构(MSA)。它将一个32位RISC型指令集和双16位乘法累加(MAC)信号处理功能与通用型微控制器所具有的易用性组合在一起。这种组合使Blackfin处理器能够在信号处理和控制处理应用中发挥最佳的性能。且Blackfin处理器通过将工业标准接口与高性能的信号处理内核相结合在一起,用户可以快速设计出节省成本的解决方案，而且无需昂贵的外部组件。本开发系统采用BF533，BF533是主频高达600MHz、峰值处理能力为1.2GMI/s的高性能Blackfin处理器。BF533内核包含2个16位MAC、2个40位ALU、4个8位视频ALU以及1个40位移位器。另外，BF533还包括1个UART口、1个SPI口、2个串行口(SPORT)、4个通用定时器(其中3个具有PWM功能)、1个实时时钟、看门狗定时器以及1个并行外设接口。外部存储器控制器可与SDRAM、SRAM、Flash和ROM实现无缝连接[2]。2.2系统硬件平台简介本系统的开发板硬件系统如图1所示。目标板以Blackfin嵌入式处理器为核心，数据地址线复用到SDRAM、Flash、USB、Ethernet，并通过FPGA实现逻辑控制。此外，将UART端口转换为RS232端口引出。其中SDRAM的地址为0x00000000～0x02000000，Flash的地址为0x20000000～0x20300000。宿主机采用Window和Suse10.0双操作系统，采用串行接口和以太网连接宿主机和目标板，程序先在宿主机上编译，然后下载至目标板上运行，目标板的终端被重定向到串行接口，由宿主机输出。2.3开发环境的建立2.3.1在宿主机上设置终端大部分嵌入式系统在宿主机大多都采用kermit或minaicom实现与目标板的通信，本系统采用inicom。minicom是Linux下一个类似于Windows超级终端的友好串口通信程序。在终端输入bash#minicom-s进入minicom设置画面，设置串口波特率、有效数据位、停止位以及奇偶校验位分别为57600、8bit、1位停止位以及无奇偶校验位等。2.3.2安装交叉编译器交叉编译是在一个架构下编译另外一个架构的目标文件。要从http：//blackfin.uclinux.org网站上下载BlackfinToolChain，然后安装并修改环境变量PATH，使其包含ToolChain的安装目录。3U-Boot启动两阶段U-Boot代码一般分为stage1和stage2两大部分。stage1依赖于cpu体系结构如设备初始化代码，常用汇编语言编写以达到短小精悍,提高系统运行效率的目的。它主要包括cpu/bf533目录下的start.s。stage2一般采用C语言编写实现复杂功能，这样代码则具有更好的可读性和可移植性，主要包括libblackfin/board.c文件和common/main．c文件中main_loop函数。stagel从cpu入口函数cpu/bf533/start.s开始,通常包含以下步骤：(1)基本硬件的初始化，为随后执行kernel准备好基本的硬件环境。包括：屏蔽所有中断，引导装载程序的执行过程中不必执行任何中断，中断屏蔽可通过写cpu的中断屏蔽寄存器或状态寄存器实现；设置cpu的速度和时钟频率，初始化pll；RAM初始化，初始化内存控制器的各个寄存器；初始化UART，向串口打印U-Boot的字符信息；关闭cpu内部指令，数据cache。(2)为加载U-Boot的stage2准备RAM空间，通常将stage2置于整个RAM空间的最顶层1MB空间。(3)拷贝U-Boot的stage2到RAM。判断是否是Flash运行,如果是就将stage2的代码拷贝到TEXTBASE处。将stage2安排到RAM空间的最顶层1MB是较推荐的方法。(4)设置堆栈指针sp为C语言代码执行做好准备。(5)跳转到stage2的C语言代码入口点。stage2主要包括lib-blackfin/board.c中board_init_f、board_init_r函数以及common/main.C中main_loop函数。通常包含以下步骤：(1)初始化此阶段需用的硬件设备，由board_init_f和board_init_r函数实现。(2)内存映射检测。(3)加载内核并为内核设置启动参数。(4)调用内核。4U-BOOt的移植4.1U-Boot方法与要点移植U-Boot简便的方法是从U-Boot支持的开发板中选择一个与其目标板接近的开发板进行修改。需修改的是与硬件相关的部分,涉及到两个层面：针对CPU的移植，由于U-Boot_1.1.3支持BF533，故只需做第二层面的移植：针对目标板硬件的移植。在移植前，需仔细阅读U-Boot/readme文件，该文件对目录结构和如何移植作了简要介绍。从移植U-Boot的最小要求、U-Boot能够正常启动的角度出发,选择BF533的STAMP板为模板,相关源代码在/board/stamp目录下，结合U-Boot的启动流程，主要修改文件如下：(1)与目标板相关的代码部分：在board下创建mybf533目录，无需从头开始，参考与目标板相似的STAMP板在mybf533目录下创建mybf533.c、mybf533.h、flash.c、config.mk、Makefie等文件。需要修改/board/mybf533/config.mk：TFEXT_BASE用于设置程序编译链接的起始地址即将U-Boot的stage2拷贝到SDRAM的TEXT_BASE处，即SDRAM最顶层一段存储区。修改board/mybf533/Makefile：(2)与CPU相关的代码部分：U-Boot_1.1.3/epu文件中含有BF533的目录，其中包含start.s、cpu.c、cpu.h、interrupt.c、init_sdram.s等。故不需要建立与cpu相关的文件目录。(3)与头文件相关的代码：在include/configs创建mybf533.h，参考include/configs/stamp.h，如下：Flash的修改与具体型号和容量有关，修改过程中参考Flash擦除数据命令、特定寄存器的写入地址以及扇区的大小和位置。与SDRAM相关设置：注意：最后一行要用Tab键开头表示命令。其中blackfin表示CPU的种类.bf533是cpubf533对应的代码目录，mybf533是目标板对应的目录。这样可使用makemybf533_config配置自身的开发板。其他修改视情况而定。如根据SDRAM大小修改cplb表，根据需要修改堆栈大小。如drivers/cfi_flash.c中flash_init()函数,cpu/bf533/ints.c中init_IRQ()函数等。修改完毕后就可以采用如以下命令编译U-Boot：bash＄makeclean，bash＄makemrproper，bash＄makemybf533_config，bash＄make。编译完后U-Boot_1.1.3生成U-Boot的二进制文件U-Boot.bin(U-Boot.bin只能用于更新)。执行bash＄bfin-uclinux-objcopy-Ibinary-OihexU-Boot.bin,生成可在Windows下首次烧写到Flash的十六进制文件U-Boot.hex。4.2U-Boot的烧写第一次下载U-Boot到目标板或者当U-Boot不能正常启动时。必须通过JTAG或者ADIICE将U-Boot下载到目标板。在此可将ADI公司的仿真器与VisualDSP++环境相连,通过VisualDSP++,在TOOLS--FlashProgrammer下执行Flash驱动程序M25P64.dxe，选择Eraseall--LoadFlie烧写U-Boot.hex文件到Flash中。移植成功后，打开终端minicom复位开发板，若串口能输出正确的启动信息．则表明移植基本成功。启动后，如果在设定的时间内，串口没有接收到按键。U-Boot将自动加载操作系统内核和文件系统。若设定时间内串口接收到按键，则U-Boot停止自动加载,进入命令行，可看到U-Boot的提示符mybf533，查看Flash信息，调试或手动加载内核。生成新的U-Boot.bin文件后。可通过Ethernet或者串口更新U-Boot。因为网络的传输速度远比串口快，故一般选择网络传输。将新生成的U-Boot.bin拷贝到宿主机根目录下的tftpboot目录(前提是已经创建tftpsever),在目标板出现U-Boot提示符后。按任意键进入下载模式：mybf533tftp0x1000000U-Boot.bin0x1000000为SDRAM默认的下载地址空间,用于U-Boot的升级、调试。当需要升级或者修改U-Boot,可将新的U-Boot从SDRAM烧写到。Flash,覆盖原来的U-Boot，以减少烧写Flash的次数。在烧写以前最好测试一下所下载的U-Boot能否正常运行：如果不正确，应重复执行Eraseall和Copy命令，直到正确为止。至此，U-Boot移植的步骤已基本完成。5结束语U-Boot是一个功能强大的Bootloader。前期移植工作是嵌入式系统开发的首要环节。但其移植不可避免的存在一些难以预料的问题。嵌入式开发人员应该在了解U-Boot的工作机理、移植条件后,根据目标板和具体情况灵活裁减U-Boot以提高操作系统移植的稳定性，缩短移植周期，降低产品成本。本文结合U-Boot的运行机理以及U-Boot移植的基本要求，研究了U-Boot在基于BF533的嵌入式系统上的移植。本文的移植是在不改变U-Boot框架前提下，对嵌入式目标板和CPU相关代码进行修改，实现了成功移植且移植后的U-Boot能够在目标板上稳定运行，为后续开发奠定了良好的基础。本文来源：国外电子元器件作者：李晓琴王厚军等