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嵌入式系统 第4章 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 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 * 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 * 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 * 2.1 Boot Loader阶段1介绍 Boot Loader 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Cache * 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 * 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 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,如下图: * * 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 typedef struct memory_area_struct { u32 start; /* 内存空间的基址 */ u32 size; /* 内存空间的大小 */ int used; } memory_area_t; * 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_RAMDISK、ATAG_INITRD * 例:设置ATAG_CORE的代码如下: params = (struct tag *)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struct tag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 * 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; * 2.3 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
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