Linux系統下的Bootloader詳解

對于嵌入式系統，Bootloader是基于特定硬件平臺來實現的。因此，幾乎不可能為所有的嵌入式系統建立一個通用的Bootloader，不同的處理器架構都有不同的Bootloader。Bootloader不但依賴于CPU的體系結構，而且依賴于嵌入式系統板級設備的配置。對于2塊不同的嵌入式板而言，即使它們使用同一種處理器，要想讓運行在一塊板子上的Bootloader程序也能運行在另一塊板子上，一般也都需要修改Bootloader的源程序。

反過來，大部分Bootloader仍然具有很多共性，某些Bootloader也能夠支持多種體系結構的嵌入式系統。例如，U-Boot就同時支持PowerPC、ARM、MIPS和X86等體系結構，支持的板子有上百種。通常，它們都能夠自動從存儲介質上啟動，都能夠引導操作系統啟動，并且大部分都可以支持串口和以太網接口。

本章將對各種Bootloader總結分類，分析它們的共同特點。以U-Boot為例，詳細討論Bootloader的設計與實現。

Bootloader的啟動

Linux系統是通過Bootloader引導啟動的。一上電，就要執行Bootloader來初始化系統。可以通過第4章的Linux啟動過程框圖回顧一下。

系統加電或復位后，所有CPU都會從某個地址開始執行，這是由處理器設計決定的。比如，X86的復位向量在高地址端，ARM處理器在復位時從地址0x00000000取第一條指令。嵌入式系統的開發板都要把板上ROM或Flash映射到這個地址。因此，必須把Bootloader程序存儲在相應的Flash位置。系統加電后，CPU將首先執行它。

主機和目標機之間一般有串口可以連接，Bootloader軟件通常會通過串口來輸入輸出。例如：輸出出錯或者執行結果信息到串口終端，從串口終端讀取用戶控制命令等。

Bootloader啟動過程通常是多階段的，這樣既能提供復雜的功能，又有很好的可移植性。例如：從Flash啟動的Bootloader多數是兩階段的啟動過程。從后面U-Boot的內容可以詳細分析這個特性。

大多數Bootloader都包含2種不同的操作模式：本地加載模式和遠程下載模式。這2種操作模式的區別僅對于開發人員才有意義，也就是不同啟動方式的使用。從最終用戶的角度看，Bootloader的作用就是用來加載操作系統，而并不存在所謂的本地加載模式與遠程下載模式的區別。