分析对比主流Bootloader的性能

 

引言：

Bootloader是在操作系统运行之前执行的一段小程序。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表，从而建立适当的系统软硬件环境，为最终调用操作系统内核做好准备。

对于嵌入式系统，Bootloader是基于特定硬件平台来实现的。因此，几乎不可能为所有的嵌入式系统建立一个通用的Bootloader，不同的处理器架构都有不同的Bootloader。Bootloader不但依赖于CPU的体系结构，而且依赖于嵌入式系统板级设备的配置。对于2块不同的嵌入式板而言，即使它们使用同一种处理器，要想让运行在一块板子上的Bootloader程序也能运行在另一块板子上，一般也都需要修改Bootloader的源程序。

反过来，大部分Bootloader仍然具有很多共性，某些Bootloader也能够支持多种体系结构的嵌入式系统。例如，U-Boot就同时支持PowerPC、ARM、MIPS和X86等体系结构，支持的板子有上百种。通常，它们都能够自动从存储介质上启动，都能够引导操作系统启动，并且大部分都可以支持串口和以太网接口。本文将对各种Bootloader总结分类，分析它们的各自特点。可以看到表1就是我的汇总表

 

正文：

      

表1 开放源码的Linux引导程序【1】

Bootloader	描述	x86	ARM	PowerPC
LILO	Linux磁盘引导程序	是	否	否
GRUB	GNU的LILO替代程序	是	否	否
Loadlin	从DOS引导Linux	是	否	否
ROLO	从ROM引导Linux而不需要BIOS	是	否	否
Etherboot	通过以太网卡启动的Linux系统的固件	是	否	否
LinuxBIOS	完全替代BUIS的Linux引导程序	是	否	否
BLOB	LART等的硬件平台的引导程序	否	是	否
U-boot	通用引导程序	是	是	是
RedBoot	基于eCos的引导程序	是	是	是
vivi	专为ARM处理器系列设计	否	是	否
Bios-lt	专为S3C4510B开发的引导程序	否	是	否
Bootldr	康柏的支持SA1100芯片引导程序	否	否	否

 

Linux传统上是通过LILO（LInux LOader）引导的，后来又出现了GNU的软件GRUB（GRand Unified Bootloader）。这2种Bootloader广泛应用在X86的Linux系统上。你的开发主机可能就使用了其中一种，熟悉它们有助于配置多种系统引导功能。

LILO软件工程是由Werner Almesberger创建，专门为引导Linux开发的。现在LILO的维护者是John Coffman，最新版本下载站点： http://lilo.go.dyndns.org。LILO有详细的文档，例如LILO套件中附带使用手册和参考手册。此外，还可以在LDP的“LILO mini-HOWTO”中找到LILO的使用指南。

GRUB是GNU计划的主要bootloader。GRUB最初是由Erich Boleyn为GNU Mach操作系统撰写的引导程序。后来有Gordon Matzigkeit和Okuji Yoshinori接替Erich的工作，继续维护和开发GRUB。GRUB的网站http://www.gnu.org/software/grub/上有对套件使用的说明文件，叫作《GRUB manual》。GRUB能够使用TFTP和BOOTP或者DHCP通过网络启动，这种功能对于系统开发过程很有用。

 

“Loadlin不用安装，可以存在任何DOS可以访问的介质（比如磁盘，甚至是网络存储）。当系统崩溃的时候，甚至LILO也不能起来，Loadlin是一项极佳的工具来启动系统或恢复文件系统。现在许多cdrom就是通过Loadlin来安装Linux，因为它不需要硬盘，用DOS来装载Linux。Loadlin可以适合几乎所有的DOS系统，启动限制也比较少。它使用扩展内存，可以驱动大内核和ramdisk镜像”【4】。

 

ROLO ROLO: A Developer's Guide，它讨论了在不利用 BIOS 的情况下引导 Linux（Embedded Linux Works，2001 年 6 月）。     

  

Etherboot是用来制作X86计算机无盘启动BOOTROM的工具，它理论上可以支持广播的TCP/IP网络。etherboot对于现在非常流行的CLUSTER应用和低成本X终端非常有用。“无盘启动可以由netboot,etherboot及pxe实现。现在一般选用的是etherboot，而pxe方式是未来的方向，只是在目前条件尚未成熟”【3】。

 

       “LinuxBIOS目标是以能在冷启动状态下启动Linux的Linux内核来替代PC、Alpha和其它机器上的常规BIOS。LinuxBIOS根本上就是Linux，在通用的Linux内核打上大约10行的补丁。再加上启动代码，大约500行的汇编和5000行的C代码，在Linux接管前运行16个指令来进入32位方式并完成DRAM和其它硬件的初始化。他们项目原来的动机是维护庞大的cluster集群”【5】。

             

       Blob(Boot Loader Object)是由Jan-Derk Bakker and Erik Mouw发布的，是专门为StrongARM 构架下的LART设计的Boot Loader。Blob的最后版本是blob-2.0.5，其发布网址为：http://www.lart.tudelft.nl/lartware/blob/。Blob支持SA1100的LART主板，但用户也可以自行修改移植。 Blob也提供两种工作模式，在启动时处于正常的启动加载模式，但是它会延时 10 秒等待终端用户按下任意键而将 Blob 切换到下载模式。如果在 10 秒内没有用户按键，则 Blob 继续启动 Linux 内核。其基本功能为：

-           初始化硬件（CPU速度，存储器，中断，RS232串口）

-           引导Linux内核并提供ramdisk

-           给LART下载一个内核或者ramdisk

-           给FLASH片更新内核或者ramdisk

-           测定存储配置并通知内核

-           给内核提供一个命令行

    Blob功能比较齐全，代码较少，比较适合做修改移植，用来引导Liunx，目前大部分S3C44B0板都用Blob修改移植后来加载uClinux。

       U-Boot是由开源项目PPCBoot发展起来的，ARMboot并入了PPCBoot，和其他一些arch的Loader合称U-Boot。2002年12月17日第一个版本U-Boot-0.2.0发布，同时PPCBoot和ARMboot停止维护。U-Boot自发布以后已更新6次,最新版本为U-Boot-1.1.1，U-Boot的支持是持续性的。其发布网址为:http://sourceforge.net/projects/u-boot/。U-Boot支持的处理器构架包括PowerPC (MPC5xx，MPC8xx，MPC82xx，MPC7xx，MPC74xx，4xx)， ARM （ARM7，ARM9，StrongARM，Xscale），MIPS (4Kc，5Kc)，x86等等， U-Boot（Universal Bootloader）从名字就可以看出，它是在GPL下资源代码最完整的一个通用Boot Loader。     U-Boot提供两种操作模式：启动加载（Boot loading）模式和下载（Downloading）模式,并具有大型Boot Loader的全部功能。主要特性为：

-           SCC/FEC以太网支持

-           BOOTP/TFTP引导

-           IP，MAC预置功能

-           在线读写FLASH，DOC, IDE，IIC，EEROM，RTC

-           支持串行口kermit，S-record下载代码

-           识别二进制、ELF32、pImage格式的Image，对Linux引导有特别的支持

-           监控(minitor)命令集:读写I/O，内存，寄存器、内存、外设测试功能等

-           脚本语言支持（类似BASH脚本）

-           支持WatchDog，LCD logo，状态指示功能等

U-Boot的功能是如此之强大，涵盖了绝大部分处理器构架，提供大量外设驱动，支持多个文件系统，附带调试、脚本、引导等工具，特别支持Linux,为板级移植做了大量的工作。U-Boot1.1.1版本特别包含了对SA1100和44B0芯片的移植，所以44B0移植主要是针对Board 的移植，包括FLASH、内存配置以及串口波特率等等。U-Boot的完整功能性和后续不断的支持，使系统的升级维护变得十分方便。Redboot是Redhat公司随eCos发布的一个BOOT方案，是一个开源项目。当前Redboot的最新版本是Redboot-2.0.1，Redhat公司将会继续支持该项目，其官方发布网址为：http://sources.redhat.com/redboot/。Redboot支持的处理器构架有ARM，MIPS，MN10300，PowerPC， Renesas SHx，v850，x86等，是一个完善的嵌入式系统Boot Loader。

 

    Redboot是在ECOS的基础上剥离出来的，继承了ECOS的简洁、轻巧、可灵活配置、稳定可靠等品质优点。它可以使用X-modem或Y-modem协议经由串口下载，也可以经由以太网口通过BOOTP/DHCP服务获得IP参数，使用TFTP方式下载程序映像文件，常用于调试支持和系统初始化（Flash下载更新和网络启动）。Redboot可以通过串口和以太网口与GDB进行通信，调试应用程序，甚至能中断被GDB运行的应用程序。Redboot为管理FLASH映像，映像下载，Redboot配置以及其他如串口、以太网口提供了一个交互式命令行接口，自动启动后，REDBOOT用来从TFTP服务器或者从Flash下载映像文件加载系统的引导脚本文件保存在Flash上。当前支持单板机的移植版特性有：

-           支持ECOS，Linux操作系统引导

-           在线读写Flash

-           支持串行口kermit，S-record下载代码

-           监控(minitor)命令集:读写I/O，内存，寄存器、 内存、外设测试功能等

Redboot是标准的嵌入式调试和引导解决方案，支持几乎所有的处理器构架以及大量的外围硬件接口，并且还在不断地完善过程中。

 

vivi是由mizi公司设计为ARM处理器系列设计的一个bootloader，因为vivi目前只支持使用串口和主机通信，所以您必须使用一条串口电缆来连接目标板和主机。它的主要特性有：

-              把内核(kernel)从flash复制到RAM，然后启动它

-              初始化硬件

-              下载程序并写入flash(一般通过串口或者网口先把内核下载到RAM中，然后写入到flash)

-              检测目标板(bootloader会有一些简单的代码用以测试目标板硬件的好坏)

 

Bios-lt是专门支持三星（Samsung）公司ARM构架处理器S3C4510B的Loader，可以设置CPU/ROM/SDRAM/EXTIO，管理并烧写FLASH，装载引导uClinux内核。这是国内工程师申请GNU通用公共许可发布的。Bios-lt的最新版本是Bios-lt-0.74，另外还提供了S3C4510B的一些外围驱动，其发布网址为：http://sourceforge.net/projects/bios-lt。

      

Bootldr是康柏（Compaq）公司发布的，类似于compaq iPAQ Pocket PC，支持SA1100芯片。它被推荐用来引导Llinux,支持串口Y-modem协议以及jffs文件系统。Bootldr的最后版本为Bootldr-2.19,其发布网址为：http://www.wearablegroup.org/software/bootldr/。

 

总结及展望：由于时间有限，本文只是对于网络资源的总结，只想尽可能多得列出现有一些流行的Bootloader一些特性，如果想进一步的研究，可以阅读各个Bootloader的源代码，相信对各类硬件及操作系统的启动有更加清晰的了解。

 

 

参考文献：

【1】、孙纪坤 张小全，《嵌入式Linux系统开发技术详解-基于ARM》

【2】、《几种Bootloader简介》，http://www.ednchina.com/blog/peter8888/3300/message.aspx

【3】、吴峰光，《etherboot无盘启动》，http://micro.ustc.edu.cn/Linux/text/wfg-etherboot.txt

【4】、《loadlin manual》，http://www.0wei.com/blog.php?tid=13560

【5】、《LinuxBIOS的简介》， http://blog.chinaunix.net/u/3577/showart.php?id=61761