DM6446的Bootloader分析

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第6章 Bootloader

stage2：典型的trampoline
.text .global _trampoline _trampoline: bl main /*if main() return, we just call it again. */ b _trampoline
stage2-1：初始化本阶段的硬件设备初始化至少一个串口，用以和终端通信初始化计时器等可以重新点亮led灯，表示顺利进入了main()中执行。
BootLoader特点（续）
Boot Loader与主机通信最常用的方式是通过串口，使用的协议通常是xmodem/ymodem/ zmodem等协议的一种。借助TFTP协议使用以太网连接速度更快，但此时主机必须提供TFTP服务。
BootLoader特点（续）
大多Boot Loader都有两个操作模式：启动加载：即Boot Loader从目标机上的某个固态存储器上将操作系统加载到内存ram中运行，整个过程没有用户的介入。这是Boot Loader的正常工作模式。下载模式：目标机上的Boot Loader将通过串口或网络连接从主机（host）上下载文件，例如内核映象和根文件系统等。下载的文件首先放在ram中，然后被Boot Loader 写到固态存储器中。 Boot Loader的这种模式通常在第一次安装内核与根文件系统时使用。
2

本章目标
Bootloader概况 U-Boot软件开发 U-Boot使用技巧
6.1 Bootloader 对于计算机系统来说，从开机上电到操作系统启动需要一个引导过程。嵌入式Linux系统同样离不开引导程序，这个引导程序就叫作Bootloader。
6.1.1 Bootloader介绍
stage1-2：（续）

Bootloader的结构和启动过程

Bootloader的结构和启动过程CPU上电后，会在某个地址开始执行，比如MIPS结构的CPU会从0xBFC00000取第一条指令，而ARM结构的CPU则从0x00000000开始，嵌入式开发板中，需要把存储器件ROM或Flash 等映射到这个地址。

而Bootloader就存在这个地址的开始处，这样一上电后就会从这个地址处执行。

Bootloader执行后从板子上的某个固态存储设备上将操作系统OS加载到RAM中运行。

（一些功能强大的Bootloader，比如U-boot在正常启动加载后可以延时若干秒（也可以自己设置），等待终端用户按下任意键后便可进入到下载模式；如果在指定的时间内没有按键，U-boot则会启动Linux内核，内核的启动参数可以是默认的或是由U-boot传递给它的）。

**注意：有的CPU在运行Bootloader之前先运行一段固件（firmware)中固化的boot代码，比如x86结构的CPU就是先运行BIOS中的固件然后才开始运行硬盘第一个分区中的Bootloader。

在大多数的嵌入式系统中并没有固件，Bootloader是上电后运行的第一个代码。

**下面便更细致得说明Bootloader的启动过程：从固态存储器上启动的Bootloader大多数是分二个阶段来启动的。

**第一个阶段**使用汇编代码来实现，它主要完成一些依赖于CPU体系结构的初始化，比如关看门狗、关中断、初始化RAM、将第二阶段调用的C语言代码复制到RAM（非必须，例如对于NOR Flash 等设备可以直接在上面执行，只不过比在RAM上执行效率低），设置CPU的速度和时钟频率（非必需，也可以放在第二阶段)，设置好栈，跳转到第二阶段的C语言入口处等；**第二个阶段**通常用C语言来实现，它主要用来：初始化本阶段要用到的硬件设备、检测系统内存映射(就是确定板上使用了多少内存，他们的地址空间是什么)、将内核映像和根文件系统映像从Flash 上复制到内存RAM并且在内存中的某个固定位置为内核设置启动参数Boot parameters（Flash上的内核映像有可能是经过压缩的，那么读到RAM后还要进行解压。

Bootloader过程简介

17
堆栈指针sp：stage_end-4
RAM地址空间
stage1为stage2可执行映像准备的RAM地址范
围，大小：1MB
......
stage2_start
...
...(blank)
ramdisk
...(blank)
Flash地址空间
内核映像 ...(blank)
0x0001,0000(64KB)
11
下载模式应用场合：Bootloader的这种模式通常在第一次安装内核与根文件系统时被使用；此外，以后的系统更新也会使用到这种工作模式。
用户应用接口：工作于这种模式下的Bootloader 通常都会向它的终端用户提供一个简单的命令行接口。如在RedBoot下，将出现“RedBoot>”提示符；在vivi Bootloader 下出现“vivi>”提示符。
stage2可执行映像可能的最大大小：1MB
stage1可执行映像大小：1MB
0x0000,0400(1KB) 0x0000,0000
Bootloader的 stage2可执行映像刚被拷贝到RAM空间时的系统内存布局
18
2、第二阶段
阶段2通常用C语言来实现，以便实现更复杂的功能，也使程序有更好的可读性和可移植性。这个阶段的主要任务有5：
back
14
3.4 Bootloader启动过程
Bootloader的启动可以分为两个阶段
1、第一阶段
阶段1主要包含依赖于CPU体系结构及硬件设备的初始化等。通常都用汇编语言来实现。这个阶段的任务有5：
(1)、基本的硬件设备初始化这是 Bootloader 一开始就执行的操作，其目的是为阶段2 的执行、以及随后kernel 的执行准备好一些基本的硬件环境。

Bootloader的学习

Bootloader 的学习/user1/5809/archives/2009/60942.htmlBootload: 在操作系统内核运行前运行的一段程序，相当于PC机上的BIOS, 用于初始化硬件设备，和建立内存空间的映射，从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态。

复位后，从地址0x 0000 0000 处取它第一条指令。

典型的嵌入式系统Bootload 有 Blob (boot load object) 和 U-boot (universal boot loader)其中U-boot 支持ARM, MIPS, X86, Nios，可启动VxWorks，QNX，Linux在flash里，首先存放bootload, 其次启动参数，是内核和根文件系统bootloader分两个部分，stage1和stage2:stage1: 汇编部分执行简单的硬件初始化.1. 硬件设备初始化2. 为加载bootloader的stage2准备RAM空间3. 设置好堆栈4. 跳转到stage2的C入口stage2: C语言部分负责复制数据，设置启动参数和串口通信等1. 初始化本阶段使用到的硬件设备2. 检测系统内存映像3. 将kernel映像和根文件映像从flash读到RAM中4. 为内核设置启动参数5. 调用内核－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－Mini2440 的Bootloader 结构分析1.Import some head files.GET option.inc ；GET = includeGET memcfg.incGET 2440addr.incoption.inc 顾名思义是可以改变的配置选项，其中包括一些起始地址，初始状态，总线宽度，时钟频率。

如果以后对系统的设置有变化，直接修改”option.inc”中的配置即可，无需大量改动boot loader.对mini2440中option.inc分析如下：_STACK_BASEADDRESS EQU 0x33ff8000; STACK 的起始地址_MMUTT_STARTADDRESS EQU 0x33ff8000; 定义MMU表基地址_ISR_STARTADDRESS EQU 0x33ffff00;补充MMU知识：a.什么是MMUMMU –Memory Management Unit 缩写，用来管理virtual memory和physical memory的控制线路。

BootLoader启动代码分析2

嵌入式linux启动信息完全注释(1)上面的这些输出信息，也可能包括你自己正在做的嵌入式linux开发板的输出信息，其中的每一行，每一个字的含义，你是否深究过，或者说大部分的含义你能确切地知道的？本人想在这里结合本人在实践中一些体会来和广大嵌入式linux的开发者一起读懂这些信息。

我们在这里将以一个真实的嵌入式linux系统的启动过程为例，来分析这些输出信息。

启动信息的原始内容将用标记标出，以区别与注释。

嵌入式linux的启动主要分为两个阶段：①第一部分bootloader启动阶段②第二部分linux内核初始化和启动阶段第一节：start_kernel第二节：用户模式(user_mode)开始，start_kernel结束第三节：加载linux内核完毕，转入cpu_idle进程place)XIP．写入和擦除速度很低。

NAND Flash，1989年，东芝公司发明．是以块和页为单位来读写的，不能随机访问某个指定的点.因而相对来说读取速度较慢，而擦除和写入的速度则比较快,每次可以传输16Bit,一般适用在大容量的多媒体应用中，容量大。

如：CF，SM.②串行Serial Flash是以字节进行传输的，每次可以传输1-2Bit.如：MMC,SD,MS卡．串行闪存器件体积小，引脚也少，成本相对也更低廉。

③不可擦除Mask Rom Flash的特点是一次性录入数据，具有不可更改性，经常运用于游戏和需版权保护文件等的录入。

其显著特点是成本低。

注意：任何flash器件的写入操作只能在空或已擦除的单元内进行，所以大多数情况下，在进行写入操作之前必须先执行擦除。

NAND器件执行擦除操作是十分简单的，而NOR则要求在进行擦除前先要将目标块内所有的位都写为0。

从上面的信息，我们可以对flash类型特点有个比较明确的了解。

根据内存的工作原理可以划分出两种内存：DRAM和SRAM①DRAM表示动态随机存取存储器。

这是一种以电荷形式进行存储的半导体存储器。

DM6446平台下车道线检测系统设计与实现

第２卷Ｏ
第１期
厦门理工学院学报
ＪｕｎｌｏａｎＵｎｖｒｉｆＴｃｎｌｇｏｒａｆＸｉｍｅｉｅｓｔｏｅｈｏｏｙｙ
Ｖ１２ＮＯ１ｏ．Ｏ．
Ｍａ．２２ｒＯ１
２１０２年３月
Ｄ４６平台下车道线检测系统设计与实现Ｍ６４
理器的数据处理流程及系统核心算法的实现和优化方法．同时提出了针对Ｄ４６异构双核开发平台的系Ｍ６４统实现方案，并通过实验验证了系统的有效性．
［关键词］车道线检测；Ｈｕｈ变换；Ｓｂｌｏｇｏｅ算子；图像处理；Ｄ６４Ｍ４６平台［中图分类号］Ｔ３１４［Ｐ９．１文献标志码］Ａ［文章编号】１７４３（０２１０５０６３— ４２２１）０ — ０６— ５
传统汽车驾驶是一个 “ 驾驶员一汽车一道路 ” 的闭环模式，该模式中涉及到驾驶员、汽车、道路之间连续不断的信息和动作行为的交互．驾驶员在整个模式中处于主导地位，涉及到对道路信息的
获取，车辆与道路位置的判断，对汽车行驶状态的诊断等多方面的工作．但驾驶员在长时间驾驶、疲劳驾驶等情况下很难对所获取的信息做出准确的判断，容易导致交通事故的发生，这类由人为导致的
交通事故也越来越成为道路交通的主要安全隐患之一．很多研究者提出并实现了一系列的车道线检测系统，但这些车道偏离预警系统往往是在单独的ＤＰ上或者ＡＭ处理器上实现的．ＡＭ处理器ＳＲＲ虽然具有丰富的外围接口和上层应用软件支持，但ＡＭ的处理能力无法应对图像处理中大量的数学Ｒ

bootloader简介

bootloader 简介1.1 Bootloader移植的必要性Bootloader是与系统硬件环境高度相关的初始化软件，它担负着初始化硬件和引导操作系统的双重责任。

一些ARM平台可以共用同一种Bootloader，但是总的说来，每一个特定系统的Bootloader都会有所不同。

Bootloader广泛用于有操作系统的手持终端设备、智能家电及机顶盒等嵌入式设备上，它负责完成硬件初始化、操作系统引导和系统配制等。

Bootloader 移植是在特定硬件平台上操作系统移植至关重要的一步。

1.2 BootLoader所支持的CPU和嵌入式系统板每种不同的CPU体系结构都有不同的BootLoader。

有些BootLoader也支持多种体系结构的CPU，比如U-BOOT就同时支持ARM、MIPS、POWERPC等体系结构。

除了依赖于CPU 的体系结构外，BootLoader实际上也依赖于具体的嵌入式板级设备的配置。

也就是说，对于两块不同的嵌入式板而言，即使它们是基于同一种CPU而构建的，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，通常也都需要修改BootLoader的源程序。

1.3. Boot Loader的烧录和存储系统加电或复位后，所有的CPU通常都从某个由CPU制造商预先安排的地址上取指令。

比如，at91rm9200的CPU在复位时通常都从地址0x00000000取它的第一条指令。

这个地址依据特定的CPU而定。

通常片外启动时，基于CPU构建的嵌入式系统通常都有某种类型的固态存储设备（EEPROM或FLASH等，at91rm9200是0x10000000)被映射到这个预先安排的地址上。

因此在系统加电后，CPU将首先执行Boot Loader程序。

bootloader烧写到flash中，对于一个裸板有两种方式：（1）通过片内固化的loader加载bootloader：通常某些CPU内部ROM中固化了一段程序可以用于最初的程序下载，如A T91RM9200。

第二章--Bootloader启动流程分析

率、配置 SDRAM 存储控制器及 IO、关闭处理器内部指令/数据 Cache 等； ② 为加载 Bootloader 的 stage2 代码准备 RAM 空间（这个地址由链接脚本指定
为运行域地址，通常为 RAM 的高端地址）测试内存空间是否有效； ③ 复制 Bootloader 的 stage2 代码到 RAM 空间中； ④ 设置好堆栈； ⑤ 跳转到 stage2 的 C 函数入口点。
/* 设置内存起始地址 */ params->u.mem.start = bd->bi_dram[i].start;
/* 设置内存大小 */ params->u.mem.size = bd->bi_dram[i].size; /* 使 params 指向下一个标记 */ params = tag_next (params); } }
标记的数据结构为 tag，它由一个 tag_header 结构体和一个联合体组成。
tag_header 结构体表示标记的长度和类型，比如是表示内存还是命令行参数。
对于不同类型的标记使用不同的联合体。对于 tag 和 tag_header 的定义可以在
网蜂提供的 U-Boot 的源码中 arch/arm/include/asm/setup.h 文件中找到，即：
/* 使 params 指向下一个标记 */ params = tag_next (params); }
static void setup_memory_tags (bd_t *bd) {
int i; for (i = 0; i < CONFIG_NR_DRAM_BANKS; i++) {
/* 设置内存标记 */ params->hdr.tag = ATAG_MEM; params->hdr.size = tag_size (tag_mem32);

Motorola微处理器的bootloader分析与应用

Motorola微处理器的bootloader分析与应用摘要：以Motorola 32位处理器ColdFire5307为例，分析、介绍Motorola 公司用于嵌入式系统开发的dBUG通用bootloader软件的结构、运行原理及应用。

关键词：嵌入式系统 ColdFire bootloader dBUG引言bootloader是用来完成系统启动和系统软件加载工作的程序。

它是底层硬件和上层应用软件之间的一个中间件软件，完成处理器和周边电路正常运行所要的初始化工作；可以屏蔽底层硬件的差异，使上层应用软件的编写和移植更加方便；不仅具有类似PC机上常用的BIOS(Basic Input Output System，基本输入、输出系统监控程序)功能，而且还可具有一定的调试功能。

目前，在嵌入式系统开发中有多种bootloader可供选择，其中Motorola公司的名为dBUG的bootloader比较优秀。

它可以移植在Motorola MC68000、ColdFire和PowerPC系列所有微处理器上面，有强大的调试功能，支持单步、下载、网络更新等；其良好的软件架构使用户能很方便地修改其代码，扩展新的功能。

本文以作者用于网络数据存储的coldfire5307C3开发板为例，简析其上的dBUG bootloader的结构和运行机制，并给出实际修改范例。

1 bootloader源码结构(1)bootloader的文件组织dBUG bootloader源代码可以从Motorola公司网站获得。

它是一个范例程序，通过修改相应的配置文件和处理器相关文件，可以很方便地移植到不同的处理器系统上。

其源码由两个部分组成，一部分是lib项目，另外一部分是每种Motorola微处理器单独的处理器项目。

比如，ColdFire 5307就使用MCF5307C3项目和lib项目一起来生成最终的dBUG代码。

其中lib项目中是与处理器无关的一些命令或者函数，而每个单独的处理器项目是和每种不同的处理器息息相关的。

DM6446与DDR2接口的信号完整性研究

DM6446与DDR2接口的信号完整性研究
杨古月;张昕
【期刊名称】《应用科技》
【年(卷),期】2013(040)004
【摘要】为了研究电路拓扑结构对信号完整性的影响,采用Hyperlynx仿真软件,在布线前仿真软件LineSim中对TMS320DM6446与DDR2间的3种不同拓扑结构(树形结构、菊花链结构和星型结构)进行了信号完整性仿真,并通过布线后仿真工具BoardSim对布线前仿真结果进行了验证.研究结果表明,基于
TMS320DM6446的数字视频处理系统适合采用星型结构来设计时钟信号网络.软件仿真可以在产品研发之初找到并解决潜在的信号完整性问题,最大限度地减小产品设计失败的概率,提高电路系统工作可靠性.
【总页数】4页(P42-45)
【作者】杨古月;张昕
【作者单位】哈尔滨工程大学信息与通信工程学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学信息与通信工程学院,黑龙江哈尔滨150001
【正文语种】中文
【中图分类】TN41
【相关文献】
1.Virtex-5 DDR2存储器接口的信号完整性设计 [J], David Banas
2.DDR2高速PCB设计和信号完整性分析 [J], 邓思维;凌凯
3.基于FPGA的DDR2 SDRAM接口信号完整性设计与验证 [J], 王令培;茅玉龙;杨天慧;王志凌
4.DDR2高速PCB设计与信号完整性 [J], 周忠山;
5.DDR2信号完整性分析与应用 [J], 吴业舟;李晓春
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一、DM6446的启动模式
系统加电或复位后，CPU都要从某个预定的地址上取得指令，执行Bootloader程序。
DM6446处理器ARM端（ARM-Side）提供两种启动模式：
★ 从异步的外部存储器接口AEMIF（Asynchronous External Memory Interface）/NOR
Flash引导启动
★ 从ARM内部ROM（AIROM，ARM Inner ROM）引导启动
这两者由Boot Selection（BTSEL[1:0]）引脚的设置状态决定。如下：
★ BTSEL[1:0]＝01时，系统加电或复位后ARM处理器从AEMIF或NOR Flash的零地址
（0x02000000）执行引导启动代码，这些代码是由用户生成并烧写的，即从外部存
储器启动
★ BTSEL[1:0]≠01时，系统加电或复位后，ARM处理器从AIROM的地址（0x00004000）
执行RBL（ROM Boot Loader），即从片内ROM的RBL开始运行
而RBL程序根据BTSEL[1:0]状态（BTSEL[0-3]管脚的电平）来区分不同引导启动模式：
★ BTSEL[1:0]＝00，NAND Flash引导启动模式：发送控制信息到UBL（User Boot
Loader），并从Flash中拷贝UBL到ARM的内部RAM（AIRAM），并转到UBL执行
★ BTSEL[1:0]＝11，UART引导启动模式：通过UART下载串口UBL并发送控制信息到
用户软件
★ BTSEL[1:0]＝10，保留未用
因此，DM6446在上电或复位后，存在四种启动方式。如下图。
DM6446引导启动流程
二、AIROM启动模式
AIROM启动模式受两个限制：1）、AIRAM的空间只有16KB；2）、NAND Flash不支持XIP
（eXecute-In-Place，片内执行）技术。因此，AIROM启动模式可以划分为三个阶段：
▲ Stage1：加电或复位后，执行RBL。RBL是TI内嵌的程序，其内部实现不向用户公
开；但提供了一个编程接口，以便设计人员据此编写UBL代码。
▲ Stage2：将UBL拷贝到AIRAM中并执行。UBL被烧写在NAND Flash的从Block1开
始的5个存储块上，因此UBL的尺寸小于AIRAM的空间大小，即14K。
▲ Stage3：U-Boot。它被烧写在NAND Flash中的UBL后，由UBL读到DDR2中执行。

NAND Flash启动阶段划分
注：虚线部分为NAND引导启动核心

三、UBL
UBL对上与RBL交互，对下要加载运行U-Boot，再由U-Boot加载uImage到DDR2中运行，
最后将控制权交给操作系统。因此，UBL的重要性不言而喻。
UBL首先完成系统时钟、DDR频率以及运行环境的初始化，然后复制U-Boot到DDR，并转
到start_armboot。
具体设置如下：
◎ 设置引导配置寄存器BOOTCFG，使BTSEL[1:0]=00，即选择NAND Flash引导启动模
式；并根据外部NAND Flash型号设置EM_WIDTH位。在RBL从NAND读数据时要根
据BOOTCFG的第5位（EM_WIDTH）的值来判断总线宽度和存取数据的大小，
EM_WIDTH=0，数据宽度为8位（Bit）；EM_WIDTH=1，数据宽度为16位。
◎ 定义NAND UBL描述符，包括魔术数、UBL入口点地址、页面数、起始块号、起始
页号等。RBL首先要读取NAND Flash的设备ID以及设备存取信息（即块和页的大
小、UBL标识符等，保存在设备信息表中），然后从NAND设备CIS/IDI Block之后
（Block1）的第0页开始读取有效的UBL描述符。如果没有找到与默认UBL标识相
匹配的UBL，就搜索下一个块，最多连续搜索5个块，以避免NAND设备开始连续
的几个块存在坏块的情况（一般不会出现。NAND Flash在出厂前会保证第一块和第
二块是好的）；如果还是没有适合的UBL，则切换到UART启动模式。
◎ 当RBL找到一个有效的UBL时，首先读取并处理UBL描述符，RBL根据描述符信息
来决定是否开启EMIF（External Memory Interface）或I-Cache（Instruction-Cache）、
是否采用DMA等操作。一旦具备了UBL运行条件，RBL就把UBL拷贝到AIRAM中，
并跳转到起始入口地址0x00000020处运行UBL。
◎ UBL将为U-Boot建立运行环境。其主要流程如下：
△ DM644xInit，初始化硬件平台：屏蔽所有中断，电源/休眠管理控制器复位
△ UARTInit，串口初始化设置
△ PLL1Init，系统锁相环PLL1设置
△ PLL2InitDDR，锁相环PLL2设置
△ DDR2Init，DDR2初始化
△ AEMIFInit，AEMIF接口初始化
△ IVTInit，中断向量表初始化
△ NAND_Init，NAND初始化，在读BOOTCFG时，如果BTSEl[1:0]=00就调用
△ NAND_Copy，拷贝U-Boot代码到DDR2中
△ 拷贝成功，根据NAND_BOOT::entryPoint跳转到U-Boot入口的运行

四、AIROM NAND启动过程