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电梯直达

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发表于 2016-11-05 16:59 |只看该作者 |倒序浏览

本帖最后由 suphgmh 于 2016-11-05 17:09 编辑

嵌入式系统BootLoader简介

一、概念

Bootloader就是在操作系统内核运行之前运行的一段程序，它类似于PC机中的BIOS程序。通过这段程序，可以完成硬件设备的初始化，并建立内存空间的映射图的功能，从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态，为最终调用系统内核做好准备。Bootloader 是严重地依赖于硬件实现。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。

1、系统加电或复位后，所有的 CPU 通常都从某个由 CPU 制造商预先安排的地址上取指令。基于 CPU构建的嵌入式系统通常都有某种类型的固态存储设备（比如 ROM、EEPROM 或 FLASH 等）被映射到这个预先安排的地址上。因此在系统加电后，CPU 将首先执行 Bootloader 程序。

2、Bootloader 的操作模式。大多数 Bootloader 都包含两种不同的操作模式： “启动加载”模式和“下载”模式。

启动加载模式：就是 Bootloader 从目标机上的某个固态存储设备上将操作系统加载到 RAM 中运行，整个过程并没有用户的介入。这种模式是嵌入式产品发布时的通用模式。

下载模式：在这种模式下，目标机上的 Bootloader 将通过串口连接或网络连接等通信手段从主机（Host）下载文件，比如：下载内核映像和根文件系统映像等。从主机下载的文件通常首先被 Bootloader保存到目标机的 RAM 中，然后再被 Bootloader 写到目标机上的 FLASH 类固态存储设备中。Bootloader 的这种模式是在系统更新时使用。工作于这种模式下的 Bootloader 通常都会向它的终端用户提供一个简单的命令行接口。

3、Bootloader 与主机之间进行文件传输所用的通信设备及协议，最常见的情况就是，目标机上的Bootloader 通过串口与主机之间进行文件传输，传输协议通常是 xmodem/ ymodem/zmodem 协议中的一种。但是，串口传输的速度是有限的，因此通过以太网连接并借助 TFTP 协议来下载文件是个更好的选择。

二、BootLoader启动流程

Bootloader 的启动流程一般分为两个阶段：stage1 和 stage2，下面分别对这两个阶段进行讲解：

（1）Bootloader 的 stage1

在 stage1 中 Bootloader 主要完成以下工作。

§基本的硬件初始化，包括屏蔽所有的中断、设置 CPU 的速度和时钟频率、RAM 初始化、初始化LED、关闭 CPU 内部指令和数据 cache 灯。

§为加载 stage2 准备 RAM 空间，通常为了获得更快的执行速度，通常把 stage2 加载到 RAM 空间中来执行，因此必须为加载 Bootloader 的 stage2 准备好一段可用的 RAM 空间范围。

§拷贝 stage2 到 RAM 中，在这里要确定两点：①stage2 的可执行映像在固态存储设备的存放起始地址和终止地址；②RAM 空间的起始地址。

§设置堆栈指针 sp，这是为执行 stage2 的 C 语言代码做好准备。

（2）Bootloader 的 stage2

在 stage2 中 Bootloader 主要完成以下工作。

§用汇编语言跳转到 main 入口函数

由于 stage2 的代码通常用 C 语言来实现，目的是实现更复杂的功能和取得更好的代码可读性和可移植性。但是与普通 C 语言应用程序不同的是，在编译和链接 Bootloader 这样的程序时，不能使用 glibc 库中的任何支持函数。