Bootloader开发基础.ppt
第五章 BootLoader开发基础,讲授内容,一、BootLoader基础 BootLoader的启动 BootLoader的分类 BootLoader的基本原理二、U-BOOT U-BOOT工程简介 U-BOOT源码结构分析 U-BOOT的编译 U-BOOT的移植 添加U-BOOT命令,U-Boot的调试 U-Boot的使用三、课堂答疑与交流,一、BootLoader基础,BootLoader是在操作系统运行之前执行的一段程序。功能：初始化硬件设备 建立内存空间映像 建立合适的系统软硬件环境 为引导操作系统内核做好运行准备,BootLoader一定是基于特定硬件平台来实现的。几乎不可能为所有的嵌入式系统建立通用的BootLoader,不同的处理器架构有不同的BootLoader。但BootLoader有许多共性，U-BOOT支持ARM、PowerPC、MIPS、X86等体系结构；,一、BootLoader基础,系统加电或复位后，所有CPU都会从某个地址开始执行，处理器设计确定。X86的复位向量在高端（ECS、EIP全1）；ARM处理器在低端，从地址0 x00000000处读取第一条执令。嵌入式系统的开发板都要把板上的ROM或Flash映射到这个地址。BootLoader程序可存储在ROM或Flash相应的位置上，系统加电后，CPU将首先执行它。BootLoader启动是多阶段的，一是功能较为复杂，二是便于移植，一般为两阶段启动阶段。BootLoader包含两种不同的操作模式:本地加载模式：内核映像在板子上 远程下载模式：目标板必须与宿主机通过网络连接,BootLoader的主要功能是引导操作系统启动，有以下启动方式：网络启动：先把BootLoader烧写到板子的EPROM或者FLASH中，BootLoader通过以太网接口远程下载内核映像或文件系统。可通过以太网接口、串口、USB口下载，内核映像必须放置在宿主机的制定目录。磁盘启动：PC机或服务器采用。使用BIOS引导，但BIOS 并不直接引导操作系统，BootLoader一般位于主引导扇区。Linux支持多种引导方式。FLASH启动方式：大多数嵌入式系统使用。FLASH有很多类型，包括NOR FLASH、NAND FLASH和其他半导体盘。NOR FLASH使用最为普遍，支持随机访问，可以直接在FLASH上执行。,BootLoader的种类：嵌入式系统已经有各种各样的BootLoader,种类划分也较多。BootLoader与Monitor的区别：BootLoader只是引导设备并且执行主程序的固件；Monitor除具有BootLoader功能外，还提供了很多的命令行接口，可以调试、读/写内存、烧写FLASH、配置环境变量等。目前均统称为BootLoader.,注意：U-Boot已经成为ARM平台事实上标准的BootLoader.,BootLoader的基本原理：BootLoader是依赖于硬件而实现的。1.BootLoader的操作模式 启动加载（Bootloading）模式：产品发布的工作模式；下载（Downloading）模式：开发模式，具有命令行接口。两种模式可切换。2、BootLoader与主机之间进行文件传输使用的通信协议 使用串口时，采用想xmodem/ymodem/zmodem协议中的一种；使用以太网口时，采用TFTP协议；3、BootLoader的主要任务与典型结构框架 大多数BootLoader都分为stage1和stage2两大部分。Stage1通常使用汇编语言实现，实现基本功能；Stage2通常使用C语言实现，实现复杂功能，具有可读性与可移植性；Stage1通常包括以下步骤（以执行的先后顺序）：硬件设备（I/O接口）的初始化。为加载BootLoader的stage2准备RAM空间 拷贝BootLoader的stage2到RAM空间中 设置堆栈 跳转到stage2 的C入口点,Stage2通常包括以下步骤（以执行的先后顺序）：初始化本阶段要使用的硬件设备。检测系统内存映射。将内核映像和根文件系统映像从Flash设备上复制到RAM空间。设置内核启动参数（启动参数为一数据结构）。调用启动内核。注意：Bootloader程序设计与实现中，向串口终端打印信息是非常重要的调试手段。U-Boot简介 1、U-Boot工程 U-Boot已经能够支持PowerPC、ARM、X86、MIPS体系结构的上百种开发板，是功能最多、灵活性最强的开源Bootloader。相关的网站：下载网站：http:/U-Boot邮件列表网站：http:/-Boot-users,U-Boot的源码结构 从网站上可以下载U-Boot源代码包，如，解压后就可以得到U-Boot源程序。在顶层目录下有18个子目录，分别存放和管理不同的源程序，分三类：第一类目录存放与处理器体系结构或者开发板硬件直接相关的配置；第二类目录存放通用的函数或者驱动程序；第三类目录存放U-Boot的应用程序、工具或者文档；U-Boot源代码包括对几十种处理器、数百种开发板的支持。但对于特定的开发板，配置编译过程只需要其中的部分程序。,U-Boot的编译 U-Boot通过gcc和Makefile组织编译的。顶层目录下的Makefile首先设置开发板的定义，然后递归地调用各级子目录下的Makefile，最后把编译过的程序链接成U-Boot映像。1、顶层目录下的MakeFile:负责U-Boot的整体配置编译，需要有开发板配置定义。2、开发板配置头文件:具有一定的格式。3、编译结果：首先配置，然后编译，得到映像文件（.elf格式与.bin格式，可烧写格式）与符号表（.map与.srec格式）。4、U-Boot工具：在tools目录，有源代码。U-Boot的移植 在新的电路板上需要移植U-Boot 程序。1、添加开发板硬件相关配置文件。2、配置选项。3、配置编译。4、调试U-Boot源代码，直到U-Boot 能够正常启动。,添加U-Boot的命令：U-Boot的命令为用户提供了交互功能，已经实现了几十个常用的命令，若开发板需要特殊操作，可以添加新的U-Boot 命令。U-Boot 的每一个命令都是通过U-Boot-CMD宏定义实现的，在include/command.h头文件中定义，每个命令定义一个cmd_tbl_t结构体。1、定义Cache命令，在include/cmd_confdefs.h中定义；2、实现Cache命令的操作函数，将源程序文件添加到common/Makefile中；3、在板子的配置文件中打开CONFIG_COMMAND选项并注册；U-Boot的调试：1、硬件调试器：在裸板上调试，需要仿真器配合，调试软件可使用GDB；2、软件跟踪：程序设置调试信息；U-Boot的启动过程及程序分析：1、两阶段启动过程（第一阶段通常使用汇编语言，第二阶段通常使用C语言）；2、源代码阅读需要大量时间，涉及大量数据结构，网上参考文献较多；,U-Boot的使用：1、烧写U-Boot到Flash：需要JTAG专用的硬件工具，宿主机需要安装烧写程序；2、U-Boot的常用命令：较多，看手册；3、U-Boot的环境变量：可通过printenv命令查看环境变量的设置；,
