bootloader啟動(dòng)過(guò)程

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1、7.1BootLoader概述簡(jiǎn)單地說(shuō)，BootLoader就是在操作系統(tǒng)內(nèi)核或用戶應(yīng)用程序之前運(yùn)行的一段小程序。通過(guò)這段小程序可以初始化硬件設(shè)備，建立內(nèi)存空間的映射圖，將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境帶到一個(gè)合適的狀態(tài)，以便為最終調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)核或用戶應(yīng)用程序準(zhǔn)備好正確環(huán)境。通常，BootLoader是依賴于硬件而實(shí)現(xiàn)的，因此，為嵌入式系統(tǒng)建立一個(gè)通用的BootLoader是很困難的。但是可以歸納出一些通用的概念，以便于了解特定BootLoader的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。BootLoader的主要任務(wù)如圖7.1所示。圖7.1BootLoader的主要任務(wù)7.2B

2、ootLoader與嵌入式系統(tǒng)的關(guān)系每種不同的處理器體系結(jié)構(gòu)都有不同的BootLoader。有些BootLoader也支持多種體系結(jié)構(gòu)的處理器。除了依賴處理器的體系結(jié)構(gòu)外，BootLoader實(shí)際上也依賴于具體的嵌入式板級(jí)設(shè)備的配置。即使是基于同一種處理器構(gòu)建的兩塊不同的嵌入式板級(jí)設(shè)備，它們的BootLoader也是不同的。BootLoader源程序是很關(guān)鍵的代碼，因?yàn)樗且恍┌烟囟ǖ臄?shù)字寫入指定硬件寄存器的指令序列。系統(tǒng)加電復(fù)位后，所有的處理器通常都從某個(gè)處理器制造商預(yù)先安排的地址上取指令。如基于S3C44B0x的處理器在復(fù)位時(shí)通常都從地

3、址0x00000000取它的第一條指令。而基于處理器構(gòu)建的嵌入式系統(tǒng)通常都有某種類型的固態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備（如ROM、EEPPOM或FLASH等）被映射到這個(gè)預(yù)先安排的地址上。因此在系統(tǒng)加電后，處理器將首先執(zhí)行BootLoader程序。裝有BootLoader內(nèi)核的啟動(dòng)參數(shù)，內(nèi)核映像和根文件系統(tǒng)映像的固態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備的典型空間分配結(jié)構(gòu)如圖7.2所示。圖7.2存儲(chǔ)設(shè)備典型空間分配結(jié)構(gòu)7.2.1Bootloader的操作模式大多數(shù)Bootloader都包含啟動(dòng)加載模式及下載模式兩種不同的操作模式，但這種區(qū)別僅對(duì)于開發(fā)人員才有意義。從最終用戶的角度開，Boo

4、tLoader的作用就是用來(lái)加載操作系統(tǒng)，而并不存在所謂的啟動(dòng)加載模式與下載工作模式的區(qū)別。1.啟動(dòng)加載模式（BootLoading）啟動(dòng)加載模式也稱為自主（Autonomous）模式，即BootLoader從目標(biāo)機(jī)上的某個(gè)固態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備上將操作系統(tǒng)加載到RAM中運(yùn)行，整個(gè)過(guò)程并沒有用戶的介入。這種模式是BootLoader的正常工作模式。2.下載（DownLoading）模式當(dāng)采用下載模式時(shí)，目標(biāo)機(jī)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(jī)下載文件，如應(yīng)用程序、數(shù)據(jù)文件、內(nèi)核映像等。從主機(jī)下載的文件通常首先被BootL

5、oader保存到目標(biāo)機(jī)的RAM中，然后再被BootLoader寫到目標(biāo)機(jī)上的固態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備中。下載模式要求在BootLoader中完成對(duì)串口或以太網(wǎng)口的初始化，定義相關(guān)的命令，向其終端提供相應(yīng)簡(jiǎn)單的命令接口。BootLoader的這種模式通常在系統(tǒng)更新時(shí)使用。7.2.2BootLoader的總體設(shè)計(jì)1．階段設(shè)計(jì)BootLoader的啟動(dòng)可以是分階段的，因此在設(shè)計(jì)時(shí)也可將BootLoader分為階段1和階段2。將BootLoader分為2個(gè)階段的原因如下。(1)基于編程語(yǔ)言的考慮階段1主要用匯編語(yǔ)言編寫，這是因?yàn)樗饕羞M(jìn)與CPU核心及存儲(chǔ)設(shè)備

6、密切相關(guān)的處理工作，進(jìn)行一些必要的初始化工作，是依賴于CPU體系結(jié)構(gòu)的代碼，為了增加效率以及因?yàn)樯婕皡f(xié)處理器的設(shè)置，只能用匯編語(yǔ)言編寫，這部分直接在FLASH中執(zhí)行；階段2可以用一般的C語(yǔ)言編寫，用于實(shí)現(xiàn)一般的流程以及對(duì)板級(jí)的一些驅(qū)動(dòng)支持，這部分會(huì)被復(fù)制到RAM中執(zhí)行。(2)代碼具有更好的可讀性與移植性若對(duì)于相同的CPU以及存儲(chǔ)設(shè)備，要增加外設(shè)支持，階段1的代碼可以維護(hù)不變，只對(duì)階段2的代碼進(jìn)行修改；若要支持不同的CPU，則基礎(chǔ)代碼只需在階段1中修改。2.地址規(guī)劃設(shè)計(jì)當(dāng)BootLoader階段設(shè)計(jì)好之后，需要考慮的是鏡像存儲(chǔ)的地址分配：如總

7、鏡像保存在什么地方，階段2對(duì)應(yīng)的鏡像會(huì)被復(fù)制到什么地方，內(nèi)核鏡像原先存放在什么地方，BootLoader會(huì)把它又重新加載到什么地方；如何進(jìn)行準(zhǔn)確的地址規(guī)劃以保證沒有相互沖突等。3.模式設(shè)計(jì)對(duì)于普通用戶來(lái)說(shuō)只需要BootLoader的啟動(dòng)加載模式，但是對(duì)于開發(fā)者來(lái)說(shuō)，則需要下載模式，因?yàn)樗麄冃枰獣r(shí)時(shí)刻刻地進(jìn)行一些鏡像的更新。為了在兩者之間做到兼顧，這里介紹一個(gè)既支持啟動(dòng)加載模式又支持下載模式的具體思路：在BootLoader做完一些硬件初始化的工作之后，而在加載內(nèi)核鏡像之前，先在一定的時(shí)間內(nèi)等待有沒有用戶有鍵盤輸入。如果沒有，則為啟動(dòng)加載模式

8、，直接加載內(nèi)核鏡像進(jìn)行啟動(dòng)；如果有，則進(jìn)入命令行格式，這時(shí)開發(fā)者就可以根據(jù)自己的需要以及BootLoader的支持情況，做一些其他的工作。模式的轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)主要在階段2中實(shí)現(xiàn)。7.3