基于S3C44B0X的U-Boot分析與移植

1.引言

嵌入式系統一般指非PC系統，它包括硬件和軟件兩部分。硬件包括處理器/微處理器、存儲器及外設器件和I/O端口等。軟件部分包括Bootloader、操作系統（OS）和應用程序。嵌入式系統的硬件和軟件都必須高效率地設計、量體裁衣、去除冗余，這樣才能在具體應用中實現更高的處理性能。其中，Bootloader是基于特定硬件平臺來實現的，負責硬件的初始化、嵌入式系統的引導加載等工作，是嵌入式系統開發中的一個重要環節。嵌入式開發的硬件平臺是根據應用需要定制的，因此不存在一個通用的Bootloader。U-Boot是一個支持多種CPU體系結構的 Bootloader。本文就是針對在自制開發板上實現U-Boot的移植。

2.U-Boot概述

Bootloader是一種引導加載程序。它是系統加電后運行的第一段代碼。從功能上說，Bootloader就是操作系統內核運行之前用來初始化硬件設備、建立內存空間的映射圖的程序。它將系統的軟硬件環境設定在一個合適的狀態，以便為最終調用操作系統內核，運行用戶應用程序準備好正確的環境。圖 1是Flash上同時裝有Bootloader、內核啟動參數、內核映像和根文件系統映像的典型空間分配結構示意圖。Bootloader啟動后，初始化硬件設備，并將嵌入式Linux內核和根文件系統映像分別加載到內核中的正確地址，然后跳轉到內核的起始地址啟動內核。

大多數 Boot Loader 都包含兩種不同的操作模式：啟動加載模式和下載模式[1]。

啟動加載（Boot loading）模式：這種模式也稱為“自主”（Autonomous）模式。也即 Boot-

loader從目標機上的某個固態存儲設備上將操作系統加載到 RAM 中運行，整個過程并沒有用戶的介入。

下載（Downloading）模式：在這種模式下，目標機上的Bootloader將通過串口連接或網絡連接等通信手段從主機（HOST）下載文件。從主機下載的文件通常首先被 Bootloader 保存到目標機的 RAM 中，然后再被 Bootloader 寫到目標機上的FLASH 類固態存儲設備中。Bootloader 的這種模式通常在第一次安裝內核與根文件系統時被使用；此外，以后的系統更新也會使用 Bootloader 的這種工作模式。

U-Boot作為一種可以支持多種體系結構CPU的Bootloader，同時支持上述兩種工作模式，而且允許用戶在這兩種工作模式之間進行切換。它是由德國工程師Wolfgang Denk 從8XXROM 代碼發展起來，遵循GPL條款的開放源碼項目，支持多種處理器，如ARM，PowerPC，MIPS和x86等。

3.U-Boot的啟動流程

由于Bootloader的實現依賴于 CPU 的體系結構，因此大多數Bootloader都分為 stage1和stage2 兩大部分。依賴于CPU體系結構的代碼，比如設備初始化代碼等，通常都放在 stage1中，而且通常都用匯編語言來實現，以達到短小精悍的目的。而 stage2 則通常用C語言來實現，這樣可以實現復雜的功能，而且代碼會具有更好的可讀性和可移植性。U-Boot也是如此。

3.1 stage1

此階段相應的代碼在cpu/s3c44b0/start .s下。主要功能是完成硬件的初始化，主要包括屏蔽所有中斷，設置CPU的速度和時鐘頻率，RAM初始化，為加載stage 2準備RAM空間，拷貝stage2到RAM中，設置堆棧指針SP，跳轉到stage2的C程序入口點。其工作流程如圖2所示：