基于S3C44B0X的U-Boot分析與移植

1.引言

嵌入式系統一般指非PC系統，它包括硬件和軟件兩部分。硬件包括處理器/微處理器、存儲器及外設器件和I/O端口等。軟件部分包括Bootloader、操作系統（OS）和應用程序。嵌入式系統的硬件和軟件都必須高效率地設計、量體裁衣、去除冗余，這樣才能在具體應用中實(shí)現更高的處理性能。其中，Bootloader是基于特定硬件平臺來(lái)實(shí)現的，負責硬件的初始化、嵌入式系統的引導加載等工作，是嵌入式系統開(kāi)發(fā)中的一個(gè)重要環(huán)節。嵌入式開(kāi)發(fā)的硬件平臺是根據應用需要定制的，因此不存在一個(gè)通用的Bootloader。U-Boot是一個(gè)支持多種CPU體系結構的 Bootloader。本文就是針對在自制開(kāi)發(fā)板上實(shí)現U-Boot的移植。

2.U-Boot概述

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

大多數 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從目標機上的某個(gè)固態(tài)存儲設備上將操作系統加載到 RAM 中運行，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，目標機上的Bootloader將通過(guò)串口連接或網(wǎng)絡(luò )連接等通信手段從主機（HOST）下載文件。從主機下載的文件通常首先被 Bootloader 保存到目標機的 RAM 中，然后再被 Bootloader 寫(xiě)到目標機上的FLASH 類(lèi)固態(tài)存儲設備中。Bootloader 的這種模式通常在第一次安裝內核與根文件系統時(shí)被使用；此外，以后的系統更新也會(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構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)現依賴(lài)于 CPU 的體系結構，因此大多數Bootloader都分為 stage1和stage2 兩大部分。依賴(lài)于CPU體系結構的代碼，比如設備初始化代碼等，通常都放在 stage1中，而且通常都用匯編語(yǔ)言來(lái)實(shí)現，以達到短小精悍的目的。而 stage2 則通常用C語(yǔ)言來(lái)實(shí)現，這樣可以實(shí)現復雜的功能，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，設置CPU的速度和時(shí)鐘頻率，RAM初始化，為加載stage 2準備RAM空間，拷貝stage2到RAM中，設置堆棧指針SP，跳轉到stage2的C程序入口點(diǎn)。其工作流程如圖2所示：