基于ARM-Linux嵌入式系統引導程序的設計

0.概述

　　在專用的嵌入式開發板上運行操作系統（如Linux）已經變得越來越流行，而Bootloader就是為引導操作系統內核運行的一段代碼。通過它可以初始化硬件設備、建立或檢測內存空間的映射，其功能有點類似于PC機的BIOS（基本輸入輸出系統）程序。它的主要作用是為運行操作系統提供基本的運行環境，并操作系統的內核裝載到存儲器（RAM）中的合適位置上去運行。本文將以Samsung公司的S3C2410開發板為開發平臺，具體闡述了Bootloader的運行原理與實現分析。

　　Bootloader程序與CPU芯片的內核結構、具體芯片和使用的操作系統等因素有著密切關系，因此要為所有類型的嵌入式開發板建立一個通用的Bootloader幾乎是不可能的。盡管如此，本文將盡量對Bootloader歸納出一些通用的概念，以幫助特定用戶設計實現自己的Bootloader。


1.系統組成

　　典型的ARM嵌入式系統硬件平臺一般包括一個以ARM為內核的處理器、存儲器和必要的外部接口與設備。在本系統中，采用內嵌ARM920T的Samsung公司S3C2410處理器，工作頻率200MHz，存儲器使用2MB的NorFlash和64MB的SDRAM，外部接口除了用于下載和通信的串口，還配備有以太網接口、USB接口。
軟件平臺由以下部分組成：Bootloader、嵌入式操作系統內核（Kernel）、文件系統（Filesystem）[1]。其中，嵌入式操作系統內核是嵌入式系統加電運行后的管理平臺，負責實時性任務和多任務的管理。文件系統是嵌入式系統軟件平臺占用存儲量最大的一部分，也是與用戶開發最相關的一部分。它存儲了系統配置文件、系統程序、用戶應用程序和必需的驅動程序。

2、Bootloader運行流程
　　系統加電或復位后，所有的CPU通常都從某個由CPU制造商預先安排的地址上取指令。比如SansungS3C2410CPU，在系統加電或復位時就會從地址0x00000000處讀取它的第一條指令。基于CPU構建的嵌入式系統則通常都會有某種類型的固態存儲設備(如本例中的FLASH)被映射到這個預先安排的地址上，而Bootloader程序一般正是被燒錄或者下載到固態存儲設備的0x00000000地址處，因此在系統在加電或復位后，CPU將會首先執行Bootloader程序。

　　由于Bootloader的實現依賴于CPU的體系結構，因此Bootloader功能的實現基本可分為Stage1和Stage2兩大部分，分別運行于系統的ROM和RAM中。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，基本都用匯編語言來實現，以達到簡短精練的目的。而Stage2則通常用C語言來實現，這樣可以實現更復雜的功能，而且代碼會具有更好的可讀性和可移植性[3]。

3.1其中，Bootloader的Stage1通常依次執行以下主要步驟：

3.1.1硬件設備初始化。

　　其目的是為執行Stage2及隨后的操作系統Kernel準備好一些基本的硬件環境。