bootloader啟動(dòng)流程分析

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1、Bootloader的概念和作用

? ? ? Bootloader是嵌入式系統(tǒng)的引導(dǎo)加載程序，它是系統(tǒng)上電后運(yùn)行的第一段程序。在完成對(duì)系統(tǒng)的初始化任務(wù)之后，它會(huì)將Flash中的Linux內(nèi)核拷貝到 RAM 中去，跳轉(zhuǎn)到內(nèi)核的第一條指令處繼續(xù)執(zhí)行，從而啟動(dòng) Linux 內(nèi)核。由此可見，bootloader和 Linux內(nèi)核密不可分，要想了解 Linux內(nèi)核的啟動(dòng)過程，我們必須先得了解 bootloader的執(zhí)行過程，這樣才能對(duì)嵌入式系統(tǒng)的整個(gè)啟過程有清晰的掌握。

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2、常見的Bootloader

X86：LILO和GRUB

ARM： 每一種芯片都會(huì)有自己的Bootloader

PowerPC：ppcboot

MIPS：YAMON

U-BOOT支持以上所有平臺(tái)，是bootloader介公認(rèn)的老大，因此接下來要深入學(xué)習(xí)U-BOOT。

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3、Bootloader啟動(dòng)流程分析

? ? ? Bootloader啟動(dòng)的兩個(gè)階段： stage1 和 stage2兩大部分。 stage1 主要是一些依賴于 CPU 體系結(jié)構(gòu)的代碼。這一階段的代碼主要是通過匯編來實(shí)現(xiàn)的。 stage1 為位置無關(guān)代碼，通常在Flash 中運(yùn)行。所以有的指令為相對(duì)尋址，可以在任何位置運(yùn)行。stage2 則是通常用 C 語言來實(shí)現(xiàn)，這樣可以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的功能，而且代碼 會(huì)具有更好的可讀性和可移植性。

stage1負(fù)責(zé)的主要任務(wù)有：
???① 硬件設(shè)備初始化包括：關(guān)閉Watchdog、關(guān)閉中斷、設(shè)置 CPU 的速度和時(shí)鐘頻率、配置SDRAM 存儲(chǔ)控制器及 IO、關(guān)閉處理器內(nèi)部指令/數(shù)據(jù) Cache 等；
???② 為加載Bootloader 的 stage2 代碼準(zhǔn)備 RAM ；
???③ 復(fù)制 Bootloader的 stage2 代碼到 RAM 中；
???④ 設(shè)置堆棧；
???⑤ 跳轉(zhuǎn)到 stage2的 C 函數(shù)入口點(diǎn)。

stage2 負(fù)責(zé)的主要任務(wù)有：
??? ① 硬件設(shè)備的初始化（如串口、Flash和網(wǎng)卡等）；
??? ② 系統(tǒng)的內(nèi)存映射檢測(cè)；

??? ③將內(nèi)核映像從 Flash 讀到 RAM 中；
??? ④ 設(shè)置內(nèi)核啟動(dòng)參數(shù)；
??? ⑤ 調(diào)用內(nèi)核。

Bootloader 調(diào)用內(nèi)核的方法就是直接跳轉(zhuǎn)到內(nèi)核的第一條指令處。在調(diào)用內(nèi)核之前下列的條件必須要滿足：

（1） CPU 寄存器的設(shè)置

??? ① R0 為 0；
??? ② R1 為機(jī)器碼；
??? ③ R2 為啟動(dòng)參數(shù)，標(biāo)記列表在RAM 中的起始基地址。

（2）CPU 工作模式
??? ① 必須禁止中斷（ IRQ 和 FIQ）；
??? ② CPU 必須設(shè)置為 SVC 模式。

（3）Cache 和 MMU 的設(shè)置
??? ① MMU 必須關(guān)閉；
??? ② 指令 Cache 可以打開或關(guān)閉；
??? ③ 數(shù)據(jù) Cache 必須關(guān)閉。

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4、uboot簡(jiǎn)介

? ? U-Boot，全稱Universal Boot Loader，遵循GPL 條款。為什么我們要選用U-Boot 作為Bootloader 呢？

??? ①開放源碼；
??? ②對(duì)多種嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核的支持，如Linux、QNX等；
??? ③對(duì)多個(gè)處理器系列的支持，如X86、PowerPC 、ARM等；
??? ④較好的穩(wěn)定性和可靠性；

??? ⑤功能的設(shè)置較為靈活，適合U-Boot 調(diào)試、操作系統(tǒng)不同引導(dǎo)要求、產(chǎn)品發(fā)布等；
??? ⑥豐富的設(shè)備驅(qū)動(dòng)源碼，如串口、以太網(wǎng)等。

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5、U-BOOT代碼結(jié)構(gòu)分析

U-BOOT目錄下有多個(gè)子目錄，分別存放管理不同的源程序。這些目錄下所要存放的文件有其規(guī)則，可以分成三類：

第一類目錄與處理器體系結(jié)構(gòu)或者開發(fā)板硬件直接相關(guān)；

第二類目錄是一些通用的函數(shù)或者驅(qū)動(dòng)程序；

第三類目錄是 U-BOOT 的應(yīng)用程序、工具或者文檔。

U-BOOT目錄結(jié)構(gòu)

board	本目錄存放與已有開發(fā)板相關(guān)的文件。每種開發(fā)板有一個(gè)子目錄，子目錄僅存放與開發(fā)板相關(guān)的c文件和配置文件，不包含開發(fā)板CPU架構(gòu)通用的實(shí)現(xiàn)文件。
common	實(shí)現(xiàn)基本命令，一條命令一個(gè)文件
CPU	與CPU 架構(gòu)相關(guān)的目錄，每款CPU或架構(gòu)在一個(gè)子目錄下。其中的子目錄都是以 U-BOOT 所支持的 CPU 為名，比如有子目錄 mips、 mpc8260等，每個(gè)子目錄中都包括Makefile、config.mk、interrupt.c、cpu.c和serials.c和 start.S。
disk	對(duì)磁盤的支持
doc	文檔目錄
drivers	存放設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的目錄，mmc、串口等
examples	一些獨(dú)立運(yùn)行的應(yīng)用程序的例子。
fs	支持的文件系統(tǒng)。如ext2、yaffs2、jffs2等文件系統(tǒng)
include	需要的頭文件都在該目錄下，和各種平臺(tái)所支持的匯編文件，系統(tǒng)配置文件和對(duì)文件系統(tǒng)所支持的文件，其configs 子目錄下與目標(biāo) 板相關(guān)的配置頭文件是移植過程中經(jīng)常要修改的文件。
net	與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧相關(guān)的代碼。BOOTP 協(xié)議、 TFTP 協(xié)議 RARP協(xié)議和 NFS 文件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。
lib	庫(kù)文件
post	上電自檢。
tools	生成U-BOOT的工具，例如mkimage等

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后面分析uboot時(shí)的一些參考手冊(cè)：

（1）ARM Architecture Reference Manual.pdf

（2）S5PV210_iROM_ApplicationNote_Preliminary_20091126.pdf

（3）S5PV210_UM_REV1.1.pdf

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的bootloader启动流程分析的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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