bootloader的编写

Boot Loader的启动流程和开发经验总结

Windows CE最大程度继承了桌面版Windows的丰富功能，但是Windows CE并不是一个通用的安装版操作系统。在形形色色的嵌入式设备世界里，一款CE系统通常只会针对某一种硬件平台生成。

一般来说，Windows CE的开发过程可以分为：0AL(OEM Abstraction Layer)、驱动、应用程序开发三个步骤。其中，0AL开发最基本的一步是板级支持包（BSP），而BootLoader设计则在BSP开发中具有极为关键的地位。

1．什么是BootLoader

嵌入式系统的启动代码一般由两部分构成：引导代码和操作系统执行环境的初始化代码。其中引导代码一般也由两部分构成：第一部分是板级、片级初始化代码，主要功能是通过设置寄存器初始化硬件的工作方式，如设置时钟、中断控制寄存器等，完成内存映射、初始化MMU等。第二部分是装载程序，将操作系统和应用程序的映像从只读存储器装载或者拷贝到系统的RAM中并执行。

（1）什么是板级BSP?

BSP(Board Support Package)是板级支持包,是介于主板硬件和操作系统之间的一层,主要是为了支持操作系统，使之能够更好的运行于硬件主板。不同的操作系统对应于不同形式的BSP,例如WinCE的BSP和Linux的BSP相对于某CPU来说尽管实现的功能一样,可是写法和接口定义是完全不同的。所以，BSP一定要按照该系统BSP的定义形式来写，这样才能与上层OS保持正确的接口,良好的支持上层OS。

（2）什么是Boot Loader

在BSP中有一个重要的组成部分就是BootLoader,它是在操作系统内核运行之前运行的一段小程序。通过这段小程序，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，为调用操作系统内核准备好环境。

一般来说，在嵌入式世界里BootLoader 是严重地依赖于硬件的，因此想建立一个通用的 BootLoader 几乎是不可能的。不同的 CPU 体系结构有不同的BootLoader，而且除了依赖于 CPU的体系结构外，BootLoader还依赖于具体的嵌入式板级设备的配置。这也就是说，对于两块不同的嵌入式板而言，即使它们是基于同一种 CPU 结构而构建的，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

Boot Loader

简单地说，Boot Loader 就是在操作系统内核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，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准备好正确的环境。

通常，Boot Loader 是严重地依赖于硬件而实现的，特别是在嵌入式世界。因此，在嵌入式世界里建立一个通用的 Boot Loader 几乎是不可能的。尽管如此，我们仍然可以对 Boot Loader 归纳出一些通用的概念来，以指导用户特定的 Boot Loader 设计与实现。

1. Boot Loader 所支持的 CPU 和嵌入式板

每种不同的 CPU 体系结构都有不同的Boot Loader。有些 Boot Loader 也支持多种体系结构的 CPU，比如 U-Boot 就同时支持 ARM 体系结构和MIPS 体系结构。除了依赖于 CPU的体系结构外，Boot Loader 实际上也依赖于具体的嵌入式板级设备的配置。这也就是说，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 Boot Loader 程序也能运行在另一块板子上，通常也都需要修改 Boot Loader 的源程序。

2. Boot Loader 的安装媒介（Installation Medium）

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，基于 ARM7TDMI core 的 CPU 在复位时通常都从地址

0x00000000 取它的第一条指令。而基于CPU 构建的嵌入式系统通常都有某种类型的固态存储设备(比如：ROM、EEPROM 或 FLASH 等)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。

AVR之BOOTLOADER技术详解

ATmega128具备引导加载支持的用户程序自编程功能(In-System Programming by On-chipBoot Program)，它提供了一个真正的由MCU本身自动下载和更新（采用读/写同时"Read-While-Write"进行的方式）程序代码的系统程序自编程更新的机制。利用AVR的这个功能，可以实现在应用编程（IAP）以及实现系统程序的远程自动更新的应用。

IAP的本质就是，MCU可以灵活地运行一个常驻Flash的引导加载程序（Boot Loader Program），实现对用户应用程序的在线自编程更新。引导加载程序的设计可以使用任何的可用的数据接口和相关的协议读取代码，或者从程序存储器中读取代码，然后将代码写入（编程）到Flash存储器中。

引导加载程序有能力读写整个Flash存储器，包括引导加载程序所在的引导加载区本身。引导加载程序还可以对自身进行更新修改，甚至可以将自身删除，使系统的自编程能力消失。引导加载程序区的大小可以由芯片的熔丝位设置，该段程序区还提供两组锁定位，以便用户选择对该段程序区的不同级别的保护。

本节将给出一个实际的的Boot Loader程序，它可以配合Windows中的超级终端程序，采用Xmodem传输协议，通过RS232接口下载更新用户的应用程序。 5.2.1 基本设计思想

1． Boot Loader程序的设计要点

Boot Loader程序的设计是实现IAP的关键，它必须能过通过一个通信接口，采用某种协议正确的接收数据，再将完整的数据写入到用户程序区中。本例Boot Loader程序的设计要点有：

（1）采用ATmega128的USART口实现与PC之间的简易RS232三线通信；

（2） 采用Xmodem通信协议完成与PC机之间的数据交换；

（3）用户程序更新完成后自动转入用户程序执行；

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