ARM教材第4章 嵌入式系统Boot Loader技术.ppt

嵌入式系统的Boot Loader技术 陈文智 浙江大学计算机学院 2005年5月 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 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： 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题，可能是因为： Boot Loader 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 Boot Loader 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 Boot Loader 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 Boot Loader 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 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 实验一 Boot Loader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Boot Loader x-boot255 正确连线 利用JTAG烧写BootLoader