基于U-BOOT的S3C44B0引導裝載程序的設計與實現

引言

嵌入式Linux的引導裝載程序（Bootloader）是操作系統內核啟動之前運行的一段程序，其作用與PC機上的BIOS類似。通過這段程序，將系統的軟硬件環境帶到一個合適的狀態，以便為最終調用操作系統內核做好正確的環境[1]。Bootloader 與底層硬件相關密切，即每個不同配置的目標板都有不同的Bootloader。對于兩塊不同的嵌入式板，即使它們使用同一種CPU構建，要想讓運行在其中一塊上的Bootloader程序也能夠運行在另一塊板子上，通常也都需要修改Bootloader源程序。

嵌入式系統的硬件部分不可能是完全一致的，不可能有通用的bootloader。因此，需要針對硬件系統進行有關引導程序的設計。對于嵌入式系統來說，引導程序比較復雜，一般采用對基本符合硬件體系要求的現有引導程序進行移植，然后加以應用的方法設計引導程序。本文我們選擇功能強大的U－BOOT進行移植。

1．U-BOOT簡介

U-BOOT，全稱Universal Boot Loader,是德國DENX小組開發的用于多種嵌入式CPU的Bootloader引導程序，遵循GPL條款的開放源碼項目。U-Boot是在 ppcboot以及armboot的基礎上發展而來,現在已經非常成熟與穩定，在許多嵌入式系統開發過程中被采用。目前支持的目標操作系統包括 VxWorks、QNX、RTEMS、NetBSD、Lynxos等。就目前來看，U-BOOT對PowerPC系列處理器支持最豐富，同時還支持 MIPS，x86,ARM,Nios,XScale等諸多常用系列的處理器。U-BOOT對Linux的支持非常完善，是嵌入式Linux Bootloader的最佳選擇。

U-BOOT支持的主要功能：

◆系統引導——支持NFS掛載、RAMDISK(壓縮或非壓縮)形式的根文件系統，從Flash中引導壓縮或非壓縮系統內核。

◆基本輔助功能——強大的操作系統接口功能，可靈活設置、傳遞多個關鍵參數給操作系統，適合系統在不同開發階段的調試要求與產品發布，尤其對Linux支持最強勁。

◆設備驅動——串口、SDRAM、以太網、PCI、RTC等驅動支持。

◆上電自檢功能——自動檢測FLASH、SDRAM選型及使用情況。

2．U-boot的啟動流程[2]

從操作系統的角度看，Bootloader的總目標就是正確的調用內核來執行。由于Bootloader的實現依賴于CPU的體系結構，因此U-BOOT啟動大多數分為stage1和stage2兩大部分。

第一階段主要包含依賴于CPU的體系結構硬件初始化代碼，通常都用匯編語言來實現。U-BOOT的stage1如圖1所示。通常包括以下步驟：

①基本的硬件設備初始化（屏蔽所有的中斷、關閉處理器內部指令/數據cache等）。

②為加載Bootloader的Stage2準備空間。

③如果是從某個固態存儲媒質中，則拷貝Bootloader的stage2到RAM空間中。

④設置好堆棧。

⑤跳轉到stage2的C程序入口點。

第二階段通常用C語言完成，以便實現更復雜的功能，也使程序有更好的可讀性和可移植性。這個階段的任務有： ①初始化本階段要使用到的硬件設備。②檢測系統內存映射。③將kernel映像和根文件系統映像從flash上讀到RAM空間中。④為內核設置啟動參數⑤調用內核。