bootloader结构

Bootloader编写简明教程

第⼀部分：基本功能流程CPU上电后会从IO空间的某地址取第⼀条指令。但此时：PLL没有启动，CPU⼯作频率为外部输⼊晶振频率，⾮常低；CPU⼯作模式、中断设置等不确定；存储空间的各个BANK（包括内存）都没有驱动，内存不能使⽤。在这种情况下必须在第⼀条指令处做⼀些初始化⼯作，这段初始化程序与操作系统独⽴分开，称之为bootloader。

实际上，很少有必要⾃⼰写⼀个Bootloader，因为U-Boot已经强⼤到能够满⾜各种需要。但是强⼤必然复杂，⼀个初学者想要分析U-Boot的源代码，还是有些难度的。出于学习的⽬的，我写了这个史上最简单的启动加载器，它只包含最基本的功能，却囊括了⼀个嵌⼊式Bootloader应该有的核⼼和精华。我把这个启动加载器命名为S-Boot，是Simple Bootloader的缩写，亦可进⼀步简称为SB。

使⽤的实验环境为OK2440开发板，板上处理器为S3C2440A，有64M内存，Nand存储器为K9F1208，64M。⽹⼝芯⽚为CS8900A。我们要实现的功能是：从串⼝下载Linux内核映像到RAM；从⽹⼝下载Linux内核映像到RAM；从RAM启动内核挂载NFS根⽂件系统。1. 第⼀阶段的汇编代码：start.S

⼀个嵌⼊式Bootloader最初始部分的代码⼏乎必须是⽤汇编语⾔写成的，因为开发板刚上电后没有准备好C程序运⾏环境，⽐如堆栈指针SP没有指到正确的位置。汇编代码应该完成最原始的硬件设备初始化，并准备好C运⾏环境，这样后⾯的功能就可以⽤C语⾔来写了。

对我们的S-Boot来说，上电后的起始运⾏代码是 start/start.S。.text

.global _start

_start:

b Reset ; 0x00: 发⽣复位异常时从地址零处开始运⾏

b HandleUndef ; 0x04: 未定义指令中⽌模式的向量地址

b HandleSWI ; 0x08: 管理模式的向量地址，通过SWI指令进⼊此模式

• 导读: Bootloader是在单片机上电启动时执行的一小段程序。也称作固件，通过这段程序，可以初始化硬件设备、建立内存空间的映射图，从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态，以便为最终调用应用程序准备好正确的环境。

o

关键字

o 单片机 自编程

Bootloader μPD78F0881

• Bootloader是在单片机上电启动时执行的一小段程序。也称作固件，通过这段程序，可以初始化硬件设备、建立内存空间的映射图，从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态，以便为最终调用应用程序准备好正确的环境。

Boot代码由MCU启动时执行的指令组成。这里的loader指向MCU的Flash中写入新的应用程序。因此，Bootloader是依赖于特定的硬件而实现的，因此，在众多嵌入式产品中目前还不可能实现通用Bootloader。

Bootloader的最大优点是：在不需要外部编程器的情况下，对嵌入式产品的应用代码进行更新升级。它使得通过局域网或者Intemet远程更新程序成为可能。例如，如果有5 000个基于MCU的电能表应用程序需要更新，电能表制造商的技术人员就可以避免从事对每一个电能表重新编程的巨大工作量，通过使用Bootloader的功能，由控制中心通过电能表抄表系统网络，远程对5 000个电表重新编程。可见，Bootloader功能对于嵌入式系统的广泛应用具有十分重要的意义。

1 78K0/Fx2系列单片机简介

78K0/Fx2系列是带CAN控制器的8位单片机，该系列单片机广泛应用于汽车电子，智能仪表等领域。其内置POC（可编程上电清零电路）/LVI（可编程低电压指示器），单电压自编程闪存，引导交换功能（闪存安全保护），具有低功耗、宽电压范围、超高抗干扰等性能。

78K0系列单片机支持自编程（Self-programming）。所谓自编程，是指用Flash存储器中的驻留的软件或程序对Flash存储器进行擦除/编程的方法。通过单片机的自编程功能，可以设计Bootloader程序，通过串口等通信接口实现对产品重新编程、在线升级的功能。

1 多核DSP的BootLoader程序的实现

DSP芯片的BootLoader程序用于实现用户程序上电自举，它有多种工作方式。上电自举就是将用户存放在片外的非易失性、慢速的存储器中的程序装载到片内易失的、高速的存储空间中，以保证用户程序在DSP核内的高速运行。

多核DSP是指由多个独立的DSP子核集成的DSP芯片，且所有DSP子核共享一套片外总线。由于每个DSP子核内部都有其自身独立的掩模BootLoader程序，当DSP芯片上电或复位时所有DSP子核都将自行启动自身独立的BootLoader程序，实现用户程序的上电自举。所以，多核DSP的BootLoader程序的实现方法与单核DSP的BootLoader程序的实现方法有较大的差异。为此，本文立足于实践，以双核DSP-TMS320VC5421的１６位并行ＥＰＲＯＭ的BootLoader程序的工作方式为例，详细阐述了多核DSP的BootLoader程序的实现方法。

BootLoader程序简介

BootLoader程序的四种工作方式

一般的DSP都采用常见的BootLoader程序工作方式来实现用户程序的上电自举：

1. 处理器通信口(主端口)HPI方式--通过DSP芯片与ＰＣ机或DSP芯片与其它DSP芯片之间的主机通信端口实现上电自举；

2. ８位或１６位并行EPROM方式--通过DSP内核的ＤＭＡ通道实现上电自举；

3. ８位或１６位并行I/O方式--通过DSP芯片的片外并行I/O接口实现上电自举；

4. ８位或１６位串行口方式--通过DSP芯片的串行端口实现上电自举。

在以上四种工作方式中，最常用的是１６位并行EPROM方式。即在DSP芯片上电或复位时，通过ＤＭＡ通道将存储在核外EPROM中的程序以１６位形式存储到核内的程序空间中。

16位并行EPROM方式的Boot表

各种方式的BootLoader程序都有其固定格式的Boot表，用来实现用户程序的上电自举。１６位并行EPROM方式的Boot表如表１所示:

1、 简述Bootloader的功能和工作原理。 答：Bootloader的功能是硬件初始化，如CPU、SDRAM、Flash、串行口；引导操作系统；

下载程序（串口、网口、USB）；烧写flash； 工作原理：Bootloader相当于PC机中的BIOS，只是BIOS引导的是硬盘启动分区MBR

指向的XP、WIN7、Adroid-X86、Snow leopard、LILO，而Bootloader的主要任务就是将内

核映像从闪存MDT读到RAM中，然后跳转到内核的入口点去运行，也即引导嵌入式操作

系统。Bootloader依赖于硬件，带有BSP，并根据BSP中指定的信息初始化目标板硬件系统，

包括硬件I/O配置寄存器、存储器、操作系统所需的参数配置等。

2、 简述Linux虚拟内存管理的特点。 答：Linux系统采用了虚拟内存技术，存在着两个内存空间：虚拟内存空间和物理内存空间；

处理器运算器和应用程序设计人员看到的只是虚拟内存空间。采用了虚拟存储技术之后，一个应用程序被执行时要进行两次映射：第一次是映射到虚拟内存空间，即用虚拟地址为程序

编址；第二次是映射到物理内存空间，即把要运行的程序段复制到物理内存，确定程序的物

理地址。为了提高速度，第二次映射的这两项工作是由硬件和软件共同来完成的。承担这个

任务的硬件为MMU，而软件就是操作系统。第二次映射时要建立一张软件映射表，把已复

制到物理内存的程序段的虚拟地址与物理地址的对应关系用这个表格记录下来，作为存储管理单元MMU访问的依据。使用虚拟内存，处理可以运行一个大于实际物理内存的应用程序，

程序段在两个内存中换入和换出，处理器似乎拥有了一个大于实际物理内存的内存空间。虚

拟内存空间的大小是由程序计数器的寻址能力来决定的，如ARM的虚拟内存空间就为4GB。

3、 简述Linux虚拟文件系统的特点和工作原理。 答：为了能使用各种不同的文件系统，Linux构建了一种“虚拟文件系统”VFS(Vitual File System)，来隐藏不同文件系统的差异和实现细节，使用户可用统一的方法对处理不同文件