嵌入式系统引导程序

1、第,6,章,嵌入式系统引导,引导程序与固件,?,?,计算机是在程序控制下自动运行的电子设备,系统上电或复位后，微处理器会从特定的地址读,取第一条指令,没有操作系统的简单嵌入式计算机，系统上电后，,通常直接进入用户应用程序,有操作系统的计算机中，上电后首先运行的是一,个标准化的软件,引导程序,（,Bootloader,）,?,?,?,固化在,ROM/flash,中的软件，称为,固件,(Firmware),PC,机的引导程序,BIOS,?,?,BIOS(Basic Input Output System),固化到计算机主板上的,ROM,芯片中的一组程序,BIOS,的主要内容,?,上电自测试程序,。

2、,PC,机启动时，首先进入,ROM BIOS,，,接着执行加电自检,POST,（,Power-on self test),?,?,系统参数设置,：,用于设置,CMOS RAM,中的各项参数,中断服务程序,：,BIOS,中段服务程序是软件与硬件之间,的一个编程接口，,PC,软件通过调用这些服务程序实现对,硬件模块的控制,?,加载操作系统,：,在机器启动时，系统,ROM BIOS,首先,读取磁盘引导记录进内存，然后由引导记录读取磁盘操作,系统重要文件进内存，从而启动系统,BIOS,的启动流程,上电,执行复位向量指令，跳,转到,BIOS,程序,硬件初始化,POST,测试正常？,是,查找并加载,操作系

3、统引导程序,否,发出报警信号,等待用户干预,引导程序继续加载,并启动操作系统,嵌入式系统软件的四个层次,?,?,?,?,引导加载程序,Bootloader,操作系统内核,(,任务管理、内存管理、设备驱动,),文件系统、图形用户界面,应用软件,用户应用程序,图形用户界面（,GUI,）,操作系统内核,Bootloader,文件系统,A,R,M,7,开,发,板,中,的,固,件,嵌入式系统,Flash,典型空间分配,引导程序,引导,参数,操作系统内核,文件系统,嵌入式系统常见引导程序,?,?,?,U-Boot,，,支持多种微处理器，如,x86,、,PowerPC,、,ARM,、,MIPS,等。,VIV

4、I,，,韩国,MIZI,公司开发的专门用于,ARM,处理器的一种,引导程序。,BLOB,，,支持多种,CPU,，包括,SA1100,，,SA1110,，,PXA255,，,PXA270,等，用户可以根据目标板的特性进行,定制。,RedBoot,，,一个专门为嵌入式系统定制的引导程序，最,初由,Redhat,开发。,ARMboot,，,一个支持,ARM,和,StrongARM,处理器的引导,程序。,?,?,?,用户自定义,Bootloader,嵌入式系统引导程序功能,?,?,?,?,?,硬件初始化,提供人机交互命令,支持目标机与开发机之间的通信,支持,Flash,烧写,加载启动嵌入式操作系统,B

5、ootloader,的两种操作模式,?,?,启动加载模式,：,自动加载并启动操作系统，不需要用户参与,下载模式,：,用户可通过系统控制台用命令行的方式向系统发出控制,命令。用户常在该模式下使用下载命令，通过串口、以太网等从开发,机下载文件,Bootloader,程序的两个组成部分,?,Stage 1,：,存放与,CPU,体系结构相关的代码,，其,代码短小精悍，易升级，通常用汇编语言编写,Stage 2,：,通常用,C,语言编写，可以实现更复杂的,功能，具有更好的可读性和可移植性,?,Bootloader,程序运行流程,Stage 1,Stage 2,基本硬件初始化,将,Stage 2,代码复制

6、到,RAM,并执行,否,串口是否有按键输入？,将操作系统内核映像和文件系统,映像复制到,RAM,是,进入命令行下载模式,启动操作系统内核,Bootloader,的,Stage 1,?,?,?,硬件设备初始化：,屏蔽所有中断,设置,CPU,速度和时,钟频率, RAM,初始化等,为加载,Bootloader,的,stage2,准备,RAM,空间,拷贝,Bootloader,的,stage2,到,RAM,空间中,?,?,设置好堆栈，为执行,C,语言代码作好准备,跳转到,stage2,的,C,入口点,Stage 1,阶段的物理内存布局,RAM,地址空间,Flash,地址空间,堆栈指针,Stage 1,

7、为,Stage 2,的代码,准备的,RAM,空间,Stage 2,代码起始地址,空闲区,文件系统映像,空闲区,操作系统内核映像,空闲区,Bootloader Stage 2,的执行代码,Bootloader Stage 1,的执行代码,Bootloader,的,Stage 2,?,其它硬件设备的初始化,?,检测系统内存映射,?,将操作系统内核映像及文件系统映像从,取到系统,RAM,中,?,为内核设置启动参数,?,调用操作系统内核,读,Flash,U-BOOT,?,?,?,?,U-Boot,是一种应用广泛的嵌入式引导程序,由,fadsrom,、,8xxROM,及,PPCBoot,逐步发展演化而,

8、来,2002,年,11,月，,PPCBoot,发布了最后一个版本,2.0.0,版，并改名为,U-Boot 0.1.0,与,Linux,一样，,U-Boot,遵循,GPL,，是一个开放源代,码软件,GPL: General Public License,通用公共许可协议,U-Boot,的特点,?,?,?,?,?,?,?,?,开放源代码,支持多种嵌入式操作系统,支持多种不同体系结构的处理器,具有较高的可靠性和稳定性,提供丰富的用户接口命令,支持串口、网络文件下载,丰富的设备驱动程序,有完整的软件文档与良好的技术支持,U-Boot,的命令,?,?,命令类型：,信息命令、内存命令、,Flash,命令、

9、运行控,制命令、网络命令、环境变量命令,命令功能：,环境参数设置、内存检测、操作系统引导、,程序测试、,Flash,擦除与烧写,U-BOOT,源文件分类,?,?,?,与处理器体系结构或开发板硬件直接相关的程序,目录,与处理器体系结构无关的通用函数或者驱动程序,目录,U-Boot,的独立工具、二次开发例程及相关设计文,档目录,U-Boot,代码根目录,构,码,结,代,系,关,体,相,与,数,序,函,程,用,动,通,驱,与,档,码,文,代,、,程,具,例,工,cpu,处理器相关,源代码,board,开发板相关,源代码,lib_,xxx,体系结构,相关源代码,drivers,通用设备,驱动程序,co

10、mmon,平台独立的,通用源代码,include,头文件,lib_generic,通用库函数,net,网络相关,程序代码,fs,文件系统,相关代码,post,上电自检,程序代码,disk,硬盘接口,相关程序,examples,独立应用,程序例程,tools,相关工具,源代码,doc,开发使用,文档,处理器相关,各子目录,Makefile,Makefile,文件,config.mk,体系结构配置文件,cpu.c,处理器相关代码,interrupts.c,中断处理代码,serial.c,串口初始化代码,start.s,全局启动汇编代码,开发板相关,子目录,Makefile,Makefile,文件,

11、config.mk,体系结构配置文件,s3c44b0.c,开发板相关代码,flash.c,Flash,操作相关代码,memsetup.s,初始化,SDRAM,代码,uboot.lds,对应连接文件,根目录下,体系结构相关各子目录,lib_avr32,AVR32,体系结构相关代码,lib_arm,ARM,体系结构相关代码,lib_i386,x86,体系结构相关代码,lib_m68k,m68k,体系结构相关代码,lib_mips,MIPS,体系结构相关代码,lib_nios,NIOS,体系结构相关代码,lib_ppc,PowerPC,体系结构相关代码,lib_sparc,SPARC,体系结构相关代码,U-Boot,源码结构,U-BOOT,启动过程,stage 1,设置映像文件的入口,s,tart.o,stage 2,进入,stage 2,执行入口程序,start_armboot(),设置异常向量表,执行复位中断跳转程序,调用,cpu_init_crit(),初始化,CPU,及中断