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一、Bootloader基本概念
Bootloader是在操作系统运行之前执行的一段小程序。通过这段小程序,我们可以初始化硬件设备、建立内存空间的映射表,从而建立适当的系统软硬件环境,为最终调用操作系统内核做好准备。
对于嵌入式系统,Bootloader是基于特定硬件平台来实现的。因此,几乎不可能为所有的嵌入式系统建立一个通用的Bootloader,不同的处理器架构都有不同的Bootloader。Bootloader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。对于2块不同的嵌入式板而言,即使它们使用同一种处理器,要想让运行在一块板子上的Bootloader程序也能运行在另一块板子上,一般也都需要修改Bootloader的源程序。
嵌入式系统中,Bootloader的意义与作用与PC上的BIOS有点类似,它对开发板上的主要部件如CPU、SDRAM、FLASH、串口等进行了初始化,可以使用Bootloader下载文件到开发板,可以浏览目录,可以烧录flash,可以启动系统等,实际上,一个功能比较强大的Bootloader已经相当于一个微型的操作系统了。在嵌入式系统中,通常并没有像BIOS那样的固件程序(注,有的嵌入式CPU也会内嵌一段短小的启动程序),因此整个系统的加载启动任务就完全由BootLoader来完成。引导程序完成自己的任务后,也将控制权移交给操作系统。
BootLoader的概念
BootLoader是系统加电启运行的第一段软件代码.回忆一下PC的体系结构我们可以知道,PC机中的引导加载程序由BIOS(其本质就是一段固件程序)和位于硬盘MBR中的引导程序一起组成。BIOS在完成硬件检测和资源分配后,将硬盘MBR中的引导程序读到系统的RAM中,然后将控制权交给引导程序。引导程序的主要运行任务就是将内核映象从硬盘上读到RAM中然后跳转到内核的入口点去运行,也即开始启动操作系统。
而在嵌入式系统中,通常并没有像BIOS那样的固件程序(有的嵌入式系统也会内嵌一段短小的启动程序),因此整个系统的加载启动任务就完全由BootLoader来完成.比如在一个基于 arm7TDMI core的嵌入式系统中,系统在上电或复位时都从地址 0x00000000开始执行.而在这个地址处安排的通常就是系统的BootLoader程序。
简单地说BootLoader就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,我们可以初始化硬件设备、建立内存空间的映射图(有的CPU没有内存映射功能如 S3C44B0),从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态,以便为最终调用操作系统内核或用户应用程序准备好正确的环境。对于一个嵌入式系统来说,可能有的包括操作系统,有的小型系统也可以只包括应用程序,但是在这之前都需要BootLoader为它准备一个正确的环境。通常,BootLoader是依赖于硬件而实现的,特别是在嵌入式领域,为嵌入式系统建立一个通用的BootLoader是很困难的。当然,我们可以归纳出一些通用的概念来,以便我们了解特定BootLoader的设计与实现。
二、Bootloader典型框架
由于Bootloader的实现依赖与CPU的体系结构,因此大多数Bootloader都分为stage1和stage2两个部分。
Bootloader的stage1通常包括以下步骤(按执行的先后顺序):
1.硬件设备初始化。
屏蔽所有中断、设置CPU的速度和时钟频率、RAM初始化、初始化LED、关闭CPU内部指令/数据cache。
2.为加载Bootloader的stage2准备RAM空间。
3.拷贝Bootloader的stage2到RAM空间中。
4.设置好堆栈(设置堆栈指针sp)。
5.跳转到stage2的C入口点。
Bootloader的stage2通常包括以下步骤(按执行的先后顺序):
1.初始化本阶段要使用的硬件设备。
2.检测系统内存映像(memory map)。
包括内存映射的描述和内存映射的检测。
3.将kernel映像和根文件系统映像从Flash上读到RAM空间中。
包括规划内存占用的布局(内核映像和根文件系统的内存范围)和从Flash上拷贝。
4.为内核设置启动参数。
5.调用内核。