uboot移植

http://www.foxice.net/techinfo_uboots3c44b01.asp
http://www.baiheee.com/documents/090104/090104164132.htm
http://www.51kaifa.com/html/jswz/200806/read-10152.htm
http://blog.csdn.net/andyzx/archive/2006/04/19/668804.aspx

作者：王　东，李哲英 时间：2006-10-16 来源:

摘　要：Bootloader (引导加载程序) 是嵌入式系统CPU 加电后第一个开始运行的代码。在内核映像执行之前完成相关的底层硬件的初始化，建立内存空间的映射图等重要工作，然后为内核提供引导参数，启动内核。Das U-Boot (Universal Bootloader) ，是一个功能十分强大的Bootloader ，本文深入研究了U-Boot 的工作机理，详细分析了U-Boot 在基于三星公司S3C44B0 处理器的嵌入式系统板上的移植方法、过程与移植要点。

关键词：Bootloader；U-Boot ；S3C44B0；移植；嵌入式系统
　　
Bootloader 给嵌入式操作系统提供板上硬件资源信息，并进一步加载、引导嵌入式操作系统。由于Bootloader 的功能直接与CPU和微处理器系统相关，所以不同的CPU体系将需要不同的Bootload-er。除了依赖于CPU的体系结构外，Bootloader 实际上也依赖于具体的嵌入式板级设备的配置。也就是说，对于两块不同的嵌入式板，即使它们使用同一种CPU 构建，要想让运行在其中一块上的Bootloader程序也能运行在另一板子上，通常也都需要修改Bootloader 的源程序。

本文作者使用基于ARM7TDMI 核的S3C44B0微处理器构建的嵌入式开发板，附有嵌入式开发必须的一些板上硬件资源，针对性地提供了Bootloader的移植方法，可以应用在基于ARM7 系列处理器的嵌入式系统应用开发中。

U-Boot 运行及移植条件分析

嵌入式系统的硬件部分不可能是完全一致的，由于嵌入式系统需要硬件与软件的配合才能正常工作，因此，需要针对硬件系统进行有关引导程序的设计。对于嵌入式系统来说，引导程序比较复杂，一般采用对基本符合硬件体系要求的现有引导程序进行修改，然后加以应用的方法设计引导程序，这就是引导程序的移植。

在移植操作前，需要完成两个工作，一个是寻找一个比较适合的引导程序，另一个就是对所要移植的软件进行分析，结合已有硬件系统，找出移植的条件。本文选择U-Boot 作为引导程序，移植工作就是使原有的U-Boot 能够在本文给定的硬件系统中运行。

U-Boot是德国DENX小组开发的用于多种嵌入式CPU的Bootloader引导程序，支持PowPC、ARM、MIPS、m68 K 等多种处理器平台，易于裁剪和调试。U-Boot 遵循GPL (通用公共许可) 公约，完全开放源代码。U-Boot 主要特性如表1所列。



U-Boot 运行分析
U-Boot 的启动过程主要分为两个阶段，即stage1 和stage2。
stage1用汇编语言编写，通常是与CPU的体系结构有关，如设备初始化代码等，在start.S中实现。
stage2为C 语言程序，用来加载操作系统内核，具有可读性和可移植性，是由board.c中的start-armboot() 函数来实现。U-Boot的stage1如图1 所示。

图1 　U-Boot stage1 初始化过程

stage2包括以下步骤；①初始化本阶段要使用到的硬件设备; ②检测系统内存映射; ③将kernel映像和根文件系统映像从FLASH上读到RAM空间中; ④为内核设置启动参数; ⑤调用内核。在调试阶段，操作系统内核是通过U-Boot下载到SDRAM中，调试完毕可以将内核烧写到FLASH中。本文选用的内核是u Clinux，在FLASH 中的分布如图2 所示，这些地址可以通过修改include/ con2figs/ smdk4110.h 文件进行配置。内核运行时的RAM地址必须与u Clinux配置的运行地址相一致。由于FLASH的存储空间有限，存放在FLASH中的u Clinux核心是经过压缩的。U-Boot将压缩的u2Clinux kernel加载到SDRAM 地址0x0C300000如图3所示，如果选择启动u Clinux，则压缩的u Clin2ux核将自解压到0x0C008000，然后再跳转到该处并开始运行。

图3中0x0C100000是U-Boot将自身的stage2的代码复制到SDRAM的起始地址，0x0C700000是默认的Load地址空间，用于U-Boot的升级与调试，在需要升级或修改U-Boot时，将更新的U-Boot映像加载到这里，然后通过原有的U-Boot从SDRAM烧写到FLASH覆盖原来的U-Boot，这样可以减少烧写FLASH 的次数。

移植条件分析
移植操作的目的，是为了在嵌入式开发板上用于引导嵌入式操作系统u Clinux 及其应用。

根据Bootloader 运行的分析结果，把Bootloader可移植条件分为如下两种情况。

(1) 硬件资源完全支持条件。在完全不改变U-Boot程序源代码的条件下，选用U-Boot程序完全支持的嵌入式微处理器，并且选用U-Boot完全支持的主板配置资源。基本移植条件即是通过分析U-Boot下的board目录和cpu目录，订制开发板，使开发板的配置与之相适应，但是这种情况与实际开发不太吻合。

(2) 硬件资源支持修改后的代码。开发者已经选用某种类型的嵌入式微处理器，自行设计了嵌入式系统的开发板或者直接从厂家购买的开发系统。在这种情况下，硬件资源已经确定，只能在不改变U-Boot整体结构的条件下，通过修改U-Boot的相关代码，匹配已有的开发板。

在实际应用中，最常遇到的是第2种情况。这时应该保证嵌入式主板能够正常运行，没有硬件故障，具备相应的存储媒介( FLASH、SDRAM) 用来存储和运行U-Boot。由以上分析可以看出，Bootloader 的移植条件包括；①相匹配的微处理器硬件结构; ②可对Boot-loader 进行调整修改的开发环境。

注意：以上两个条件必须同时具备，才能着手进行Bootloader 的移植工作。

U-Boot 移植操作

Bootloader的移植操作前需要作如下两个工作。

(1) 对嵌入式系统进行硬件分析，判定是否满足移植条件。根据目标板上CPU、FLASH、SDRAM的情况，以尽可能一致的原则先找出一个与目标板为同一个或同一系列微处理器的U-Boot的支持板为参考，复制相似的目录，修改文件名及内容。

(2) 确定下载U-Boot所需要的FLASH地址。这由嵌入式微处理器的中断复位向量决定，嵌入式板的硬件资源不同，中断复位向量就不同，所以不同嵌入式系统板对Bootloader在固件( EEPROM、FLASH) 中的存放地址各不相同。U-Boot 的起始地址必须和硬件复位向量一致，本文分析的ARM7嵌入式系统板的中断复位向量设置为0x0C000000，所以U-Boot的映像文件必须烧写到FLASH的0x0地址处。

上述两项工作是移植Bootloader必需完成的前期准备工作。以下结合本文完成的移植工作，介绍移植操作的具体内容和过程。

硬件配置条件
根据前文对移植条件的分析可知，本文的移植操作属于第2 种情况，即嵌入式系统目标板上硬件资源已经确定，目标板具有硬件资源如表2所列。

表2 　硬件资源


移植操作内容
U-Boot 移植所需的硬件资源得到满足后，可以开始移植操作。

首先需要在主机建立交叉编译移植开发环境，编译生成目标板上可执行映像。主机端( PC) 开发平台选用linux 操作系统，使用交叉编译工具为arm-elf-tools-20030314.sh。Bootloader 移植操作，实际上就是根据嵌入式系统硬件资源提供的数据，对有关的文件进行修改。移植工作中的文件修改包括汇编和C 文件两部分。

移植文件修改
针对本文提供的主板硬件资源，并考虑U-Boot能够正常运行的最低条件，在移植过程中需要修改文件如表3所列。

表3 　修改文件

　　表3 中，memsetup.S 文件是对S3C44B0外部存储空间的配置; smdk4110.c 是对S3C44B0各个复用I/ O口的初始化，flash.c 是S3C44B0外接FLASH 芯片的驱动程序。除表3 需要修改的数据外，公共代码(/common目录下的文件)、网络传输代码(/ net 目录)、驱动程序(/drivers目录) 3部分根据不同的移植要求修改。

一般情况是要对U-Boot的功能进行扩充或者U-Boot不支持目标板上的设备时，添加相应程序。

具体修改操作
移植操作中这些文件修改过程的具体操作为：

(1)start.S 文件的修改。start.S 是汇编语言编写的U-Boot 程序入口代码，位于cpu/ s3c44b0 下。
移植操作中需要对start.S 进行相应的修改，具体修改内容如下。

①设置WTCON = 0x0，禁止看门狗定时器，避免处理器强行复位。
②设置INTMSK = 0x7ffffff，禁止所有中断。Bootloader 的执行过程中不必响应任何中断。
③根据嵌入式微处理器工作主频，修改宏CONFIG- S3C44B0 - CLOCK- SPEED，使处理器能
够正常工作，本文的目标板上S3C44B0工作主频为66 MHz。在U-Boot 源程序中多处用到该宏，所以根据不同的处理器工作主频进行相应修改。
④设置PLLCON寄存器。PLLCON锁相环控制寄存器中储存有计算系统时钟的相关参数，为了产生正确的系统时钟，必须根据外接晶振频率和处理器工作主频确定各个倍频系数。根据S3C44B0提供的计算式(1) 和式(2) 计算倍频系数M 、P、S 和PLLCON的值。设PLLCON值为Y为


式中， f _in为晶振频率， f _out为S3C44B0 微处理器工作主频，通常s 取1，使P + 2 = f_in/2MHz ，可求得P。

(2)memsetup.S的修改。memsetup.S代码是对存储器空间的初始化，在start.S中被调用。修改内存映射相关参数，SDRAM 的刷新速度等，根据不同嵌入式系统板修改。

(3) /include/configs目录下嵌入式系统板头文件的修改。为了使串口能够正常工作，需要设置正确的波特率。本文嵌入式系统板的串口传输波特率为115 200 bps。根据片上资源配置，修改内存映射相关参数。该头文件里还定义了U-Boot的一些环境变量，这时可以不用修改， U-Boot启动后可以通过setenv命令来设定。其它参数与启动操作系统内核有关，需要与内核启动参数相匹配。

(4) 为了使串口能够正常工作，初始化串口4个相关寄存器。当只有一个串口时，只需对UART0的FIFO控制寄存器UFCON0、块控制寄存器UL2CON0、控制寄存器UCON0、波特率除数寄存器UBRDIV0修改， S3C44B0的串口初始化函数在/cpu/ s3c44b0/ serial.c 文件中。

如果串口不能正常工作，可能是由于串口时钟设置错误。查看UBRDIV0寄存器内容是否计算正确，查阅S3C44B0 手册由式(3) 计算，设UBRDIVO值为0，串口波特率为b，处理器主频为M， 则

U = (int) ( M/ b ×16) - 1 (3)

式中，b = 115 200 bps，M = 66 MHz。

(5) 根据嵌入式系统板的配置，对S3C44B0 相应的I/ O 寄存器内容修改，修改源文件/ board/smdk4110/ smdk4110.c。由于SMDK4110 嵌入式系统板选用的FLASH 型号不是SST39VF160， 而snds110嵌入式系统板选用的是SST39VF160 ，所以用snds110目录下的flash.c 替换原来的flash.c，使FLASH 芯片正常工作。

移植的基本工作已经作完，进入U-Boot主目录，在Shell下输入make命令编译U-Boot，编译后生成最终可以下载到FLASH中的uboot .bin 文件。

U-Boot 烧写及运行检查

需借助FLASH芯片烧写工具将编译好的U-Boot.bin 文件烧写进FLASH，检查U-Boot是否能正常工作。本文使用针对ARM处理器、运行在Lin2ux操作系统上的简易调试器软件J tager移植U-Boot。J tager支持本文基于ARM7TDMI核的S3C44B0 处理器的调试和对SST39VF160 FLASH芯片的读写。由于J tager是符合GPL公约、开放源代码的项目软件，用户可以免费从因特网获得该软件。

烧写完毕后，复位开发板，打开超级终端可以看到U-Boot的提示符。如果这时没有按任意键，U-Boot将自动加载操作系统内核和文件系统。若是按下任意键，则U-Boot停止自动加载，进入U-Boot命令行，可以输入命令进行调试。

结 论

本文结合分析U-Boot的运行机理和移植Boot-loader的必要条件，研究了U-Boot在基于S3C44B0的嵌入式系统板上的移植方法及具体的软件修改方法。本文移植情况是在硬件资源固定、不改变Boot-loader 框架前提下，对与嵌入式目标板和CPU 相关的代码进行修改。嵌入式开发人员应该在清楚了Bootloader 工作机理、移植条件之后，针对自己的目标板进行移植工作，在遇到不同的目标板时能够灵活的选用合适的Bootloader， 根据具体情况裁剪Bootloader，最大限度地发挥Bootloader的功能。本文选用的Bootloader U-Boot目前能稳定地运行在使用的嵌入式系统板上。通过U-Boot可以实现串口与PC通信，查看、修改内存，引导u Clinux嵌入式操作系统等功能。前期的移植工作是嵌入式系统开发的必要环节，在此基础上可以进行深入的嵌入式系统开发，希望本文能为作相关工作的开发者提供参考。