第一讲硬件启动的引导程序.pptx

1、数字集成电路设计与系统应用专业数字集成电路设计与系统应用专业1Bootloader数字集成电路设计与系统应用专业数字集成电路设计与系统应用专业AllrightsreserveduBUAAAllrightsreserved；uTheinformationcontainedinthisdocumentissubjecttochangewithoutnotice；2数字集成电路设计与系统应用专业数字集成电路设计与系统应用专业内容提纲nBootloader简介什么是BootloaderBootloader的特点、工作模式、基本功能Bootloader的启动过程目前典型Bootloader简介nU-bo

2、ot介绍U-boot简介（出处、下载代码、代码结构）U-boot启动流程及代码分析U-boot的编译和移植U-boot的下载烧录和使用3数字集成电路设计与系统应用专业数字集成电路设计与系统应用专业4什么是BootloadernBootloader是硬件启动的引导程序，是启动操作系统的根本；n是在操作系统内核或用户应用程序运行之前运行的一段小程序。通过这段小程序，可以初始化硬件设备、建立内存空间的映射图，从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态，以便为最终调用准备好环境；n在一般典型的系统中，整个系统的加载启动任务就完全由Bootloader来完成。4数字集成电路设计与系统应用专业数字集成电路设

3、计与系统应用专业5nBootloader不属于操作系统内核，采用汇编语言编写，因此针对不同的CPU体系结构，这一部分代码不具有可移植性；n在移植操作系统时，这部分代码必须加以改写。nBootloader不但依赖于CPU的体系结构，而且依赖于嵌入式系统板级设备的配置。Bootloader的特点数字集成电路设计与系统应用专业数字集成电路设计与系统应用专业6n启动加载模式启动加载模式：在这种模式下，Bootloader从目标机上的某个固态存储设备上将操作系统加载到RAM中运行，整个过程并没有用户的介入。n下载模式下载模式：在这种模式下，目标机上的Bootloader将通过串口或网络等通信手段从开发主

4、机（Host）上下载内核映像和根文件系统映像等到RAM中。然后可以再被Bootloader写到目标机上的固态存储媒质中，或者直接进行系统的引导。Bootloader的操作模式数字集成电路设计与系统应用专业数字集成电路设计与系统应用专业7n初始化硬件n将操作系统内核从Flash拷贝到SDRAM中，如果是压缩格式的内核，还要解压缩n改写系统的内存映射，原先Flash起始地址映射为0地址，这时需要将RAM的起始地址映射为0n提供Linux内核的启动参数n启动Linux内核n设置堆栈指针并将bss段清零将来执行C语言程序和调用子函数时要用到n改变pc值，使得CPU开始执行真正的操作系统内核。Bootl

5、oader的基本功能数字集成电路设计与系统应用专业数字集成电路设计与系统应用专业8Bootloader的启动n系统加电或复位后，所有CPU都会从某个地址开始执行n嵌入式系统的开发板都要把板上ROM或FLASH映射到这个地址。因此，必须把Bootloader程序存储在相应的FLASH位置。系统加电后，CPU将首先执行它。8数字集成电路设计与系统应用专业数字集成电路设计与系统应用专业9n屏蔽所有的中断。为中断提供服务通常是OS设备驱动程序的责任，因此在BootLoader的执行全过程中可以不必响应任何中断n设置CPU的速度和时钟频率nRAM初始化。包括正确地设置系统的内存控制器的功能寄存器以及各内

6、存库控制寄存器等n初始化LED。其目的是表明系统的状态。如果板子上没有LED，可以通过初始化UART向串口打印Bootloader的Logo字符信息来完成这一点n关闭CPU内部I/Dcachen为加载stage2准备RAM空间，跳转到stage2的C入口点Bootloader的第一阶段数字集成电路设计与系统应用专业数字集成电路设计与系统应用专业10n初始化本阶段要使用到的硬件设备；n检测系统内存映射；n将内核映像和根文件系统映像从Flash读到RAM；n为内核设置启动参数；n调用内核。Bootloader的第二阶段数字集成电路设计与系统应用专业数字集成电路设计与系统应用专业11DRAM控制器n

7、DRAM芯片不能向其它微处理器总线资源那样直接读写，它们需要特殊的硬件控制器使能读写循环。n设置DRAM控制器需要详细了解DRAM体系结构、控制器本身、DRAM芯片使用的规范和全面的硬件设计。nBootloader首先要完成的就是使能内存子系统。初始化内存以后，内存可以作为一种资源进行使用。11数字集成电路设计与系统应用专业数字集成电路设计与系统应用专业12BootloaderMonitor描述描述x86ARMPowerPCLILO否Linux磁盘引导程序是否否GRUB否GNU的LILO替代程序是否否Loadlin否从DOS引导Linux是否否ROLO否从ROM引导Linux而不需要BIOS是

8、否否Etherboot否通过以太网卡启动Linux系统的固件是否否LinuxBIOS否完全替代BUIS的Linux引导程序是否否BLOB否LART等硬件平台的引导程序否是否一些bootloader介绍数字集成电路设计与系统应用专业数字集成电路设计与系统应用专业13nConfiguration file/boot/grub/menu.lst /boot/grub/grub.confdefault=0timeout=10splashimage=(hd0,1)/boot/grub/splash.xpm.gztitle MicroSoft Windows XProotnoverify(hd0,0)ch

9、ainloader+1title Red Hat Linux(2.4.20-8)root(hd0,1)kernel/boot/vmlinuz-2.4.20-8 ro root=LABEL=/initrd/boot/initrd-2.4.20-8.img配置GRUB数字集成电路设计与系统应用专业数字集成电路设计与系统应用专业14nU-Boot是ARM bootloader标准armboot 加入到 ppcboot 形成了 u-boot支持arm720,arm920,arm926,sa1100,xscalehttp:/ ARMBootloaders数字集成电路设计与系统应用专业数字集成电路设计与系

10、统应用专业内容提纲nBootloader 简介什么是BootloaderBootloader的特点、工作模式、基本功能Bootloader的启动过程目前典型Bootloader简介nU-boot介绍U-boot简介（出处、下载代码、代码结构）U-boot启动流程及代码分析U-boot的编译和移植U-boot的下载烧录和使用15数字集成电路设计与系统应用专业数字集成电路设计与系统应用专业16nu-boot(UniversalBootLoader)是德国DENX小组开发的用于多种嵌入式CPU的bootloader程序。遵循GPL条款。n从FADSROM、8xxROM、PPCBOOT、Armboot

11、逐步发展演化而来；n当前版本号：见include/version.h中的定义。nhttp:/www.denx.de/wiki/U-Boot/WebHomenU-boot的特点代码结构清晰、易于移植（见程序结构）代码结构清晰、易于移植（见程序结构）支持多种处理器体系结构（见程序结构支持多种处理器体系结构（见程序结构cpu目录）目录）支持众多开发板（目前官方包中有支持众多开发板（目前官方包中有200多种，见程序结构多种，见程序结构board目录）目录）命令丰富、有监控功能命令丰富、有监控功能支持网络协议、支持网络协议、USB、SD等多种协议和设备等多种协议和设备支持文件系统支持文件系统更新较活跃，

12、使用者多，有助于解决问题更新较活跃，使用者多，有助于解决问题U-boot介绍数字集成电路设计与系统应用专业数字集成电路设计与系统应用专业网站名称官方链接德国DENX 软件工程中心主页http:/www.denx.de/U-boot 官方主页(注意其中的邮件列表链接)http:/www.denx.de/wiki/U-Boot/WebHomeU-boot 官方源码FTP 下载ftp:/ftp.denx.de/pub/u-boot/U-boot 官方Git 代码仓库http:/git.denx.de/?p=u-boot.git关于U-boot源代码的网络资源：数字集成电路设计与系统应用专业数字集成电

13、路设计与系统应用专业18n平台相关board,cpu,lib_ppc,lib_arm,includen平台无关common,net,fs,driversn工具和文档tools,docU-Boot程序结构数字集成电路设计与系统应用专业数字集成电路设计与系统应用专业19boardBoard dependent files,RPXlite(mpc8xx),smdk2410(arm920t),sc520_cdp(x86)cpuCPU specific files,mpc8xx,ppc4xx,arm720t,arm920t,xscale,i386lib_ppcFiles generic to Power

14、PC architecturelib_armFiles generic to ARM architecturelib_i386Files generic to X86 architectureincludeHeader Files and board configsU-Boot程序结构数字集成电路设计与系统应用专业数字集成电路设计与系统应用专业20commonMisc functionslib_genericGeneric library functionsnetNetworking codefsFile System CodepostPower On Self TestdriversComm

15、on used device driversdiskHard disk interface codertcReal Time Clock driversdttDigital Thermometer and Thermostat driversU-Boot程序结构数字集成电路设计与系统应用专业数字集成电路设计与系统应用专业21n在Flash中运行汇编程序，将Flash中的启动代码部分复制到SDRAM中，同时创造环境准备运行C程序；n在SDRAM中执行，对硬件进行初始化；n设置内核参数的标记列表，复制镜像文件，进入内核的入口函数U-Boot启动过程的几个阶段数字集成电路设计与系统应用专业数字集成电

16、路设计与系统应用专业22n初始化硬件设置UART设置网口设置USB检测存储器n设置启动参数内核硬件信息波特率n跳转到Linux内核的首地址n消亡BootLoader的生命周期22数字集成电路设计与系统应用专业数字集成电路设计与系统应用专业23n设置异常的入口地址和异常处理函数；n配置PLLCON寄存器，确定系统的主频；n屏蔽看门狗和中断；初始化I/O寄存器；n关闭MMU功能；n调用/board/smdk2410中的lowlevel_init.S，初始化存储器空间，设置刷新频率；n将U-Boot的内容复制到SDRAM中；n设置堆栈的大小（ldrpc,_start_armboot）；n设置程序编译连接的起始地址（config.mk：TEXT_BASE=0 x33F80000）。U-Boot入口函数start.S数字集成电路设计与系统应用专业数字集成电路设计与系统应用专业24n系统复位代码ldrpc,_start_armboot_start_armboot:.wordstart_armboot表示u-boot完成cpu初始化，将跳转到C程序中间。start_armboot完成设备初始化过程，