bootloader启动流程分析

bootloader启动流程分析

 

1、Bootloader的概念和作用

      Bootloader是嵌入式系统的引导加载程序，它是系统上电后运行的第一段程序。在完成对系统的初始化任务之后，它会将Flash中的Linux内核拷贝到 RAM 中去，跳转到内核的第一条指令处继续执行，从而启动 Linux 内核。由此可见，bootloader和 Linux内核密不可分，要想了解 Linux内核的启动过程，我们必须先得了解 bootloader的执行过程，这样才能对嵌入式系统的整个启过程有清晰的掌握。

 

2、常见的Bootloader

X86：LILO和GRUB

ARM： 每一种芯片都会有自己的Bootloader

PowerPC：ppcboot

MIPS：YAMON

U-BOOT支持以上所有平台，是bootloader介公认的老大，因此接下来要深入学习U-BOOT。

 

3、Bootloader启动流程分析

      Bootloader启动的两个阶段： stage1 和 stage2两大部分。 stage1 主要是一些依赖于 CPU 体系结构的代码。这一阶段的代码主要是通过汇编来实现的。 stage1 为位置无关代码，通常在Flash 中运行。所以有的指令为相对寻址，可以在任何位置运行。stage2 则是通常用 C 语言来实现，这样可以实现更复杂的功能，而且代码 会具有更好的可读性和可移植性。

stage1负责的主要任务有：
   ① 硬件设备初始化包括：关闭Watchdog、关闭中断、设置 CPU 的速度和时钟频率、配置SDRAM 存储控制器及 IO、关闭处理器内部指令/数据 Cache 等；
   ② 为加载Bootloader 的 stage2 代码准备 RAM ；
   ③ 复制 Bootloader的 stage2 代码到 RAM 中；
   ④ 设置堆栈；
   ⑤ 跳转到 stage2的 C 函数入口点。

stage2 负责的主要任务有：
    ① 硬件设备的初始化（如串口、Flash和网卡等）；
    ② 系统的内存映射检测；

    ③将内核映像从 Flash 读到 RAM 中；
    ④ 设置内核启动参数；
    ⑤ 调用内核。

Bootloader 调用内核的方法就是直接跳转到内核的第一条指令处。在调用内核之前下列的条件必须要满足：

（1） CPU 寄存器的设置

    ① R0 为 0；
    ② R1 为机器码；
    ③ R2 为启动参数，标记列表在RAM 中的起始基地址。

（2）CPU 工作模式
    ① 必须禁止中断（ IRQ 和 FIQ）；
    ② CPU 必须设置为 SVC 模式。

（3）Cache 和 MMU 的设置
    ① MMU 必须关闭；
    ② 指令 Cache 可以打开或关闭；
    ③ 数据 Cache 必须关闭。

 

4、uboot简介

    U-Boot，全称Universal Boot Loader，遵循GPL 条款。为什么我们要选用U-Boot 作为Bootloader 呢？

    ①开放源码；
    ②对多种嵌入式操作系统内核的支持，如Linux、QNX等；
    ③对多个处理器系列的支持，如X86、PowerPC 、ARM等；
    ④较好的稳定性和可靠性；

    ⑤功能的设置较为灵活，适合U-Boot 调试、操作系统不同引导要求、产品发布等；
    ⑥丰富的设备驱动源码，如串口、以太网等。

 

5、U-BOOT代码结构分析

U-BOOT目录下有多个子目录，分别存放管理不同的源程序。这些目录下所要存放的文件有其规则，可以分成三类：

第一类目录与处理器体系结构或者开发板硬件直接相关；

第二类目录是一些通用的函数或者驱动程序；

第三类目录是 U-BOOT 的应用程序、工具或者文档。

U-BOOT目录结构

board	本目录存放与已有开发板相关的文件。每种开发板有一个子目录，子目录仅存放与开发板相关的c文件和配置文件，不包含开发板CPU架构通用的实现文件。
common	实现基本命令，一条命令一个文件
CPU	与CPU 架构相关的目录，每款CPU或架构在一个子目录下。其中的子目录都是以 U-BOOT 所支持的 CPU 为名，比如有子目录 mips、 mpc8260等，每个子目录中都包括Makefile、config.mk、interrupt.c、cpu.c和serials.c和 start.S。
disk	对磁盘的支持
doc	文档目录
drivers	存放设备驱动程序的目录，mmc、串口等
examples	一些独立运行的应用程序的例子。
fs	支持的文件系统。如ext2、yaffs2、jffs2等文件系统
include	需要的头文件都在该目录下，和各种平台所支持的汇编文件，系统配置文件和对文件系统所支持的文件，其configs 子目录下与目标 板相关的配置头文件是移植过程中经常要修改的文件。
net	与网络协议栈相关的代码。BOOTP 协议、 TFTP 协议 RARP协议和 NFS 文件系统的实现。
lib	库文件
post	上电自检。
tools	生成U-BOOT的工具，例如mkimage等

 

后面分析uboot时的一些参考手册：

（1）ARM Architecture Reference Manual.pdf

（2）S5PV210_iROM_ApplicationNote_Preliminary_20091126.pdf

（3）S5PV210_UM_REV1.1.pdf