摘 要:嵌入式系统中Bootloader的设计与实现是非常重要的环节,而Bootloader的引导程序中最常用且功能最强大的就是U[CD*2]Boot。详细分析U[CD*2]Boot的基本工作原理和运行流程,着重讨论其基于S3C2410A芯片所搭建的在嵌入式系统上的移植。特别选取NAND FLASH作为硬件存储设备,并实现NAND FLASH上的直接启动, 完成嵌入式系统中U[CD*2]boot的移植和Linux系统内核的引导,有助于嵌入式系统的开发。

关键词:U[CD*2]Boot;引导程序;移植;S3C2410A

中图分类号:TP314

0 引 言

ARM嵌入式处理器已被广泛应用于消费电子产品、无线通信、网络通信和工业控制等领域。其中,ARM9的芯片更是以其低价格、低功耗、高性能在手持设备中占据着重要市场。在嵌入式操作系统中,Linux,Vxworks,WinCE三足鼎立,其中Linux由于其开源性、稳定性、安全性、可裁减性更是一支独放。在嵌入式系统中,如何实现在ARM9平台下Linux操作系统的引导工作是嵌入式技术开发的重要环节。

1 嵌入式系统的软件组成

1.1 系统的软件组成

嵌入式的软件系统主要由Bootloader、操作系统、文件系统、应用程序等组成。其中,Bootloader是介于硬件和操作系统之间的一层,其作用就好像PC机中的BIOS。系统加电运行后,由系统自动加载。通过这段程序,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环境。对于一个嵌入式系统,通常BootLoader是依赖于硬件而实现的。对于不同类型的嵌入式芯片、不同的操作系统和外围接口都需要重新移植、修改和编译Bootloader。

1.2 U[CD*2]Boot分析

嵌入式Linux 系统中常用的Bootloader引导程序有U[CD*2]Boot,redboot,blob 和vivi 等,其中U[CD*2]Boot遵循GPL 条款的开放源码项目,功能最为强大[3];U[CD*2] Boot对PowerPC系列处理器支持最丰富,同时还支持MIPS,x86,ARM,Nios,XScale等诸多常用系列的处理器;U[CD*2]Boot 引导程序分为Stage 1和Stage 2 两大部分,Stage 1中主要包括设备初始化、中断设置、时钟设置和存储器初始化等工作,并且采用汇编语言实现,而一些通用功能大多采用C 语言实现,放在㏒tage 2中[4]。

2 U[CD*2]Boot的启动分析

Stage 1的代码在CPU/arm920t/start.s 中定义,它包括从系统上电后在0x00000000 地址开始执行的部分。这部分代码系统启动后,从NAND FLASH自动加载到SDRAM中,它包括对S3C2410A中寄存器的初始化和将U [CD*2] Boot 的Stage 2代码从FLASH 拷贝到SDRAM。Stage 2的起始地址是在Stage 1代码中指定的,被复制到SDRAM后,就从第一阶段跳到这个入口地址,开始执行剩余部分代码。第二阶段主要是对内存的分配,对NAND FLASH以及对外围设备的初始化,其代码在lib[CD*2]arm/board.c中。

启动的流程分析如图1所示。

3 U[CD*2]Boot 的移植方法

本文选用交叉编译环境arm[CD*2]linux[CD*2]gcc[CD*2]2.95.3,选用U[CD*2]Boot[CD*2]1.1.4版本作为移植平台。为了使U [CD*2]Boot支持新的开发板,一种简便的做法是在U [CD*2]Boot已经支持的开发板中选择一种与目标板接近的,在其基础上进行修改。这里选用的是smdk2410的配置[9]。

3.1 修改cpu/arm920t/start.s文件

Start.s 是采用汇编语言编写的U[CD*2]Boot 程序入口代码,完成对底层硬件的初始化,其中有一个很重要的功能是从NAND FLASH中把Stage 2阶段的代码复制到SDRAM中[10]。在此阶段,涉及到对NAND FLASH的读操作,在U[CD*2]Boot中,没有对NAND FLASH读操作的驱动,采用以下方法实现:

3.2 修改board/smdk2410 目录下文件

(1) 增加对NANDFLASH的读驱动nand_read.c

(2) 在smdk2410.c文件中添加对NANDFLASH初始化的程序

在此主要是对主板的GPIO的一些设置,并加上对NANDFLASH初始化程序。

3.4 编译与运行

配置好以后,进入U[CD*2]Boot主目录,重新编译U[CD*2]Boot代码,运行命令:

(1) 查看交叉编译器的版本号

(2) 清除生成的连接

(3) 编译 make smdk2410_config

(4) make CROSS[CD*2]COMPILE=arm[CD*2]linux[CD*2]

编译成功后,将生成三个文件:

u[CD*2]boot:ELF 格式的文件,可以被大多数Debug 程序识别。

u[CD*2]boot.bin:二进制bin 文件,纯碎的U[CD*2]Boot┒进制执行代码,不保存ELF 格式和调试信息。这个文件用于烧到用户的开发板中。

u[CD*2]boot.srec:Motorola S[CD*2] Record 格式,可以通过串口下载到开发板中。

将得到的u[CD*2] boot.bin 文件借助于FLASH 芯片烧写工具,通过JTAG 口下载到目标板后,检查U[CD*2]Boot能否正常工作。如果能从串口输出正确的启动信息,就表明移植基本成功。

4 结 语

目前笔者移植的U[CD*2]Boot已经能稳定地运行在开发板上。U[CD*2]Boot 引导程序是嵌入式Linux 系统软件开发中的一个重要环节。在此通过分析U[CD*2]Boot 的代码结构和启动过程,并针对开发板系统的硬件资源,通过分析与调试,实现了U[CD*2]Boot 的移植,并且能够引导嵌入式Linux 内核和文件系统,为今后进一步开发奠定了坚实的基础。

参 考 文 献

[1]陈文智.嵌入式系统开发原理与实践[M].北京:清华大学出版社,2005.

[2]李夏.U[CD*2]Boot在S3C2410上的移植分析[J].微计算机应用,2006(5):596[CD*2]600.

[3]杨建伟,杨燕翔.基于S3C2410处理器的Linux移植[J].信息技术,2007(8):97[CD*2]100.

[4]马忠梅,李善平.ARM9 &Linux; 嵌入式系统教程[M].北京:北京航空航天大学出版社,2004.

[5]孙天泽.嵌入式设计及Linux 驱动开发指南[M].北京:电子工业出版社,2005.

[6]毛德操,胡希明.嵌入式系统[M].杭州:浙江大学出版社,2003.

[7]张进.U[CD*2]Boot的启动流程分析及移植步骤[J].电力自动化设备,2005,25(7):68 [CD*2] 71.

[8]万永波.基于ARM的嵌入式系统Boot Loader启动流程分析[J].微计算机信息,2005,21(2):90 [CD*2] 92.

[9]立宇泰电子有限公司.S3C2410A 中文数据手册[EB/OL].http://www.hzlitai.com.cn.2007.

[10]Krim Yachmour.构建嵌入式Linux系统[M].O′Reillywaiwan公司,译.北京:中国电力出版社,2004.

作者简介 丁小俊 男,1981年出生,湖北武汉人,硕士研究生。研究方向为嵌入式系统。