u-boot是一種普遍用于嵌入式系統(tǒng)中的Bootloader。 Bootloader介紹 Bootloader是進行嵌入式開發(fā)必然會接觸的一個概念,它是嵌入式學(xué)院<嵌入式工程師職業(yè)培訓(xùn)班>二期課程中嵌入式linux系統(tǒng)開發(fā)方面的重要內(nèi)容。本篇文章主要講解Bootloader的基本概念以及內(nèi)部原理,這部分內(nèi)容的掌握將對嵌入式linux系統(tǒng)開發(fā)的學(xué)習(xí)非常有幫助! Bootloader的定義:Bootloader是在操作系統(tǒng)運行之前執(zhí)行的一小段程序,通過這一小段程序,我們可以初始化硬件設(shè)備、建立內(nèi)存空間的映射表,從而建立適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)軟硬件環(huán)境,為最終調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)核做好準(zhǔn)備。意思就是說如果我們要想讓一個操作系統(tǒng)在我們的板子上運轉(zhuǎn)起來,我們就必須首先對我們的板子進行一些基本配置和初始化,然后才可以將操作系統(tǒng)引導(dǎo)進來運行。具體在Bootloader中完成了哪些操作我們會在后面分析到,這里我們先來回憶一下PC的體系結(jié)構(gòu):PC機中的引導(dǎo)加載程序是由BIOS和位于硬盤MBR中的OS Boot Loader(比如LILO和GRUB等)一起組成的,BIOS在完成硬件檢測和資源分配后,將硬盤MBR中的Boot Loader讀到系統(tǒng)的RAM中,然后將控制權(quán)交給OS Boot Loader。Boot Loader的主要運行任務(wù)就是將內(nèi)核映象從硬盤上讀到RAM中,然后跳轉(zhuǎn)到內(nèi)核的入口點去運行,即開始啟動操作系統(tǒng)。在嵌入式系統(tǒng)中,通常并沒有像BIOS那樣的固件程序(注:有的嵌入式cpu也會內(nèi)嵌一段短小的啟動程序),因此整個系統(tǒng)的加載啟動任務(wù)就完全由Boot Loader來完成。比如在一個基于ARM7TDMI core的嵌入式系統(tǒng)中,系統(tǒng)在上電或復(fù)位時通常都從地址0x00000000處開始執(zhí)行,而在這個地址處安排的通常就是系統(tǒng)的Boot Loader程序。(先想一下,通用PC和嵌入式系統(tǒng)為何會在此處存在如此的差異呢?) Bootloader是基于特定硬件平臺來實現(xiàn)的,因此幾乎不可能為所有的嵌入式系統(tǒng)建立一個通用的Bootloader,不同的處理器架構(gòu)都有不同的Bootloader,Bootloader不但依賴于cpu的體系結(jié)構(gòu),還依賴于嵌入式系統(tǒng)板級設(shè)備的配置。對于2塊不同的板子而言,即使他們使用的是相同的處理器,要想讓運行在一塊板子上的Bootloader程序也能運行在另一塊板子上,一般也需要修改Bootloader的源程序。 Bootloader的啟動方式 Bootloader的啟動方式主要有網(wǎng)絡(luò)啟動方式、磁盤啟動方式和Flash啟動方式。 1、網(wǎng)絡(luò)啟動方式 圖1 Bootloader網(wǎng)絡(luò)啟動方式示意圖 如圖1所示,里面主機和目標(biāo)板,他們中間通過網(wǎng)絡(luò)來連接,首先目標(biāo)板的DHCP/BIOS通過BOOTP服務(wù)來為Bootloader分配IP地址,配置網(wǎng)絡(luò)參數(shù),這樣才能支持網(wǎng)絡(luò)傳輸功能。我們使用的u-boot可以直接設(shè)置網(wǎng)絡(luò)參數(shù),因此這里就不用使用DHCP的方式動態(tài)分配IP了。接下來目標(biāo)板的Bootloader通過TFTP服務(wù)將內(nèi)核映像下載到目標(biāo)板上,然后通過網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)來建立主機與目標(biāo)板之間的文件通信過程,之后的系統(tǒng)更新通常也是使用Boot Loader的這種工作模式。工作于這種模式下的Boot Loader通常都會向它的終端用戶提供一個簡單的命令行接口。 2、磁盤啟動方式 這種方式主要是用在臺式機和服務(wù)器上的,這些計算機都使用BIOS引導(dǎo),并且使用磁盤作為存儲介質(zhì),這里面兩個重要的用來啟動linux的有LILO和GRUB,這里就不再具體說明了。 3、Flash啟動方式 這是我們最常用的方式。Flash有NOR Flash和NAND Flash兩種。NOR Flash可以支持隨機訪問,所以代碼可以直接在Flash上執(zhí)行,Bootloader一般是存儲在Flash芯片上的。另外Flash上還存儲著參數(shù)、內(nèi)核映像和文件系統(tǒng)。這種啟動方式與網(wǎng)絡(luò)啟動方式之間的不同之處就在于,在網(wǎng)絡(luò)啟動方式中,內(nèi)核映像和文件系統(tǒng)首先是放在主機上的,然后經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)傳輸下載進目標(biāo)板的,而這種啟動方式中內(nèi)核映像和文件系統(tǒng)則直接是放在Flash中的,這兩點在我們u-boot的使用過程中都用到了。 U-boot的定義 U-boot,全稱Universal Boot Loader,是由DENX小組的開發(fā)的遵循GPL條款的開放源碼項目,它的主要功能是完成硬件設(shè)備初始化、操作系統(tǒng)代碼搬運,并提供一個控制臺及一個指令集在操作系統(tǒng)運行前操控硬件設(shè)備。U-boot之所以這么通用,原因是他具有很多特點:開放源代碼、支持多種嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核、支持多種處理器系列、較高的穩(wěn)定性、高度靈活的功能設(shè)置、豐富的設(shè)備驅(qū)動源碼以及較為豐富的開發(fā)調(diào)試文檔與強大的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支持。另外u-boot對操作系統(tǒng)和產(chǎn)品研發(fā)提供了靈活豐富的支持,主要表現(xiàn)在:可以引導(dǎo)壓縮或非壓縮系統(tǒng)內(nèi)核,可以靈活設(shè)置/傳遞多個關(guān)鍵參數(shù)給操作系統(tǒng),適合系統(tǒng)在不同開發(fā)階段的調(diào)試要求與產(chǎn)品發(fā)布,支持多種文件系統(tǒng),支持多種目標(biāo)板環(huán)境參數(shù)存儲介質(zhì),采用CRC32校驗,可校驗內(nèi)核及鏡像文件是否完好,提供多種控制臺接口,使用戶可以在不需要ICE的情況下通過串口/以太網(wǎng)/USB等接口下載數(shù)據(jù)并燒錄到存儲設(shè)備中去(這個功能在實際的產(chǎn)品中是很實用的,尤其是在軟件現(xiàn)場升級的時候),以及提供豐富的設(shè)備驅(qū)動等。 u-boot源代碼的目錄結(jié)構(gòu) 1、board中存放于開發(fā)板相關(guān)的配置文件,每一個開發(fā)板都以子文件夾的形式出現(xiàn)。 2、Commom文件夾實現(xiàn)u-boot行下支持的命令,每一個命令對應(yīng)一個文件。 3、cpu中存放特定cpu架構(gòu)相關(guān)的目錄,每一款cpu架構(gòu)都對應(yīng)了一個子目錄。 4、Doc是文檔目錄,有u-boot非常完善的文檔。 5、Drivers中是u-boot支持的各種設(shè)備的驅(qū)動程序。 6、Fs是支持的文件系統(tǒng),其中最常用的是JFFS2文件系統(tǒng)。 7、Include文件夾是u-boot使用的頭文件,還有各種硬件平臺支持的匯編文件,系統(tǒng)配置文件和文件系統(tǒng)支持的文件。 8、Net是與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議相關(guān)的代碼,bootp協(xié)議、TFTP協(xié)議、NFS文件系統(tǒng)得實現(xiàn)。 9、Tooles是生成U-boot的工具。 對u-boot的目錄有了一些了解后,分析啟動代碼的過程就方便多了,其中比較重要的目錄就是/board、/cpu、/drivers和/include目錄,如果想實現(xiàn)u-boot在一個平臺上的移植,就要對這些目錄進行深入的分析。 嵌入式工程師職業(yè)培訓(xùn)班> |
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