U-boot分析与移植（1）----bootloader分析

 

 一、Boot Loader 概念

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，他就是所谓的引导加载程序（Boot Loader）。

嵌入式软件在Flash存储器中的分布图

 

二、为什么需要BootLoader？

BootLoader的终极任务是引导操作系统，所谓引导操作系统，就是启动内核，在启动内核之前所需要的环境（如初始化sdram，设置cpu模式等，下面会介绍）都是由BootLoader来完成的。试想一下，如果你要启动内核，让内核在内存上跑，但连sdram都没有初始化，这显然不行。在s3c2440中，系统在上电或复位时通常都从地址 0x00000000 处开始执行，而在这个地址处安排的通常就是系统的Boot Loader 程序。在x86的PC机上，Boot Loader = BIOS + GRUB/LILO。

三、BootLoader的选择

有些人误认为BootLoader=U-Boot，其实BootLoader只是所有引导加载程序中的一个总称。

四、启动过程

   S3C2440 支持两种方式的启动：Nor Flash 启动和Nand Flash 启动。Nor Flash 和Nand Flash 都是非易失性存储器，Nor Flash 的特点是芯片内执行和不能直接写操作，程序可以直接在其中运行，而不必将程序读取到RAM 中运行。Nor Flash 虽然具有这个优点，但是它的性价比远低于Nand Flash，因而很多系统采用Nand Flash 启动。Nand Flash 的特点是采用非线性存储模式，程序无法在其中运行，它只能作为程序或数据的存储载体，存储在其中的程序只能先拷贝到RAM 中才能运行。

  从Nor Flash 启动时，与nGCS0 相连的Nor Flash 就被映射到nGCS0 片选的空间，其地址被映射为0x00000000；从Nand Flash 启动时，S3C2440 芯片内部自带的一块容量为4K 的被称为“Steppingstone”（“起步阶石”）的BootSRAM 被映射到nGCS0 片选的空间，其地址被映射为0x00000000。当系统上电或复位时，程序会从0 地址处开始执行，因此我们编写的启动代码要确保存储在0 地址处。

    当启动方式为Nor Flash 启动时，没有额外需要考虑的问题，因为这种情况下程序在系统启动前就存储在Nor Flash 中，我们只要保证将启动代码保存在Nor Flash 开始的位置即可，系统上电或复位时，0 地址处的启动代码就会被执行。

  在启动方式为Nand Flash 启动的情况下，系统启动前所有的程序存储在Nand Flash 中，系统的启动过程稍微有点复杂：系统上电或复位时，0 地址处为S3C2440 内部自带的BootSRAM，启动前里面没有任何存储内容，启动后S3C2440 先通过硬件机制将Nand Flash 前4K 的内容拷贝至其中，然后再运行里面的程序（从0 地址处）。这种情况下我们需要保证将启动代码保存在Nand Flash 开始的位置，并且启动代码的大小要小于4K。这就是我们的裸机程序为什么在nandflash能跑的原因。

  我们用的bootloader一般大于4k，所以，我们把用汇编编写的在sram里面执行的过程称为stage1，实现最关键的初始化后，把bootloader代码从nandflash拷贝到sdram里。此时在sdram里实现stage2，做更具体的初始化，最后启动内核，这个阶段一般用c语言来编写。

 

Boot Loader 的 stage1 通常包括以下步骤(以执行的先后顺序)：

• 硬件设备初始化（关看门狗，关中断，设置cpu时钟，初始化sdram，关闭 CPU 内部指令／数据 cache）。
• 为加载 Boot Loader 的 stage2 准备 RAM 空间。
• 拷贝 Boot Loader 的 stage2 到 RAM 空间中。
• 设置好堆栈。
• 跳转到 stage2 的 C 入口点。

Boot Loader 的 stage2 通常包括以下步骤(以执行的先后顺序)：

• 初始化本阶段要使用到的硬件设备。
• 检测系统内存映射(memory map)。
• 将 kernel 映像和根文件系统映像从 flash 上读到 RAM 空间中。
• 为内核设置启动参数。
• 调用内核。

u-boot的源码的注释已经很详细，仔细看看，肯定能看懂的。

更详细的文章

嵌入式系统 Boot Loader 技术内幕

http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-btloader/