嵌入式系统bootloader开发移植.ppt

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深石
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1 嵌入式培训专家嵌入式系统引导程序开发

2 Linux Market

3 今天的内容 v 体系结构开发与引导程序初始化 v 引导程序功能与内核加载 v 引导程序移植与体系结构以上内容均以 arm 体系结构 u-boot 为例

4 嵌入式系统定义 v 嵌入式系统是以应用为中心, 以计算机技术为基础, 并且软硬件可裁剪, 适用于应用系统对功能可靠性成本体积功耗有严格要求的专用计算机系统

5 嵌入式系统组成 ( 硬件 )

6 嵌入式系统组成 ( 软件 )

7 开源的 Bootloaders Bootloader Monitor Description x86 ARM PowerPC LILO No Main disk bootloaderfor Linux Yes No No GRUB No GNU s successor to LILO Yes No No Loadlin No Loads Linux from DOS Yes No No BLOB No Loader from the LART hardware project No Yes No U-boot Yes Universal loader Yes Yes Yes RedBoot Yes ecos-based loader Yes Yes Yes

8 ARM Bootloaders v U-Boot 是常用的 ARM bootloader Armboot 和 ppcboot 加入到 u-boot 中支持 arm720, arm920, arm926, sa1100, xscale v Blob Blob 最早是为 LART 项目开发的 bootloader Blob 被移植到其他许多 ARM 平台 v Redboot Redboot 也被用在许多 arm 平台的 bootloader

9 引导程序 (bootloader) v 存储在 target 的 ROM 或 flash 中 ( 地址为 0x0), 包含第一条可执行指令

10 Bootloader 任务 (1/2) v 初始化处理器以及外设的硬件资源配置,CPU 片内和片外设备, 例如正确配置 SDRAM 控制器 v 初始化 I/O 芯片, 可能有的设备 : 串口, 报告 Bootloader 成功 / 失败网络或者 Flash 接口, 引导操作系统 v 执行系统自检, 报告检测结果 v 通过用户命令行提供特定应用程序

11 Bootloader 任务 (2/2) v 使用 TFTP 协议从网口接收 ( 或者 xmodem 协议从串口接收 ) 操作系统镜像文件到 RAM 将镜像烧写到 flash 中, 重启后负责找到该镜像解压到 RAM 中, 并跳转到解压位置处执行直接跳转到 RAM 处执行该镜像

12 U-boot 演示

13 体系结构开发与引导程序初始化

14 ARM 微处理器简介 v ARM(Advanced RISC Machines) 32 位固定指令长度, 指令类型少 37 个 32 位寄存器堆用于所有目的 Load store 结构, 专门存储器指令硬连接指令译码, 单周期执行, 流水线所有指令可根据前面执行结果决定是否被执行, 从而提高指令执行效率可用加载 / 存储指令批量传输数据, 以提高数据传输效率可在一条数据处理指令中同时完成逻辑处理和移位处理在循环处理中使用地址自动增减来提高运行效率

15 寄存器组织

16 寄存器组织 v 通用寄存器包括 R0~R15, 可分为三类 : 未分组寄存器 R0~R7 分组寄存器 R8~R14 寄存器 R13 常用作堆栈指针 R14 也称作子程序连接寄存器 LR BL 指令时, R15(PC) 拷入 R14 R15 程序计数器 (PC) 综合使用 R13,R14,R15: BL Func1 在子程序 Func1 入口处将 R14 入栈 : STMFD SP!,{<Regs>,LR} 子程序返回 : LDMFD SP!,{<Regs>,PC}

17 寄存器组织 v 寄存器 R16(CPSR) CPSR 可在任何运行模式下被访问, 每一模式又有一个专用物理状态寄存器 SPSR, 当异常发生时,SPSR 用于保存 / 恢复 CPSR

18 指令系统分类 v 数据处理数据处理指令乘法指令与乘加指令移位指令 ( 操作 ) v 数据传送加载 / 存储指令批量数据加载 / 存储指令数据交换指令 v 控制流指令跳转指令 v 其他杂项程序状态寄存器访问指令协处理器指令异常产生指令 v 配合多种寻址方式 : 立即数寻址寄存器寻址寄存器间接寻址基址变址寻址相对寻址多寄存器寻址堆栈寻址等

19 ARM GAS 汇编例子.globl_start _start: b ldr ldr ldr ldr ldr ldr ldr reset pc, _undefined_instruction pc, _software_interrupt pc, _prefetch_abort pc, _data_abort pc, _not_used pc, _irq pc, _fiq _undefined_instruction:.word undefined_instruction _software_interrupt:.word software_interrupt _prefetch_abort:.word prefetch_abort _data_abort:.word data_abort _not_used:.word not_used _irq:.word irq _fiq:.word fiq.balignl16,0xdeadbeef reset: mrs r0,cpsr bic r0,r0,#0x1f orr r0,r0,#0x13 msr cpsr,r0 ; * set the cputo SVC32 mode bl cpu_init_crit 摘自 u-boot start.s

20 存储类型 copies of instructions cache address instructions FF..FF 16 Main memory address instructions instructions registers cache processor address data data address CPU register copies of data cache data memory CPU

21 MMU 管理 v CP15 协处理器操作指令 cond L CRn Rd Cop2 1 CRm v CP15 MMU 寄存器 load from coprocessor/store to coprocessor Register Purpose 0 ID Register 1 Control 2 Translation Table Base 3 Domain Access Control 5 Fault Status 6 Fault Address 7 Cache Operations 8 TLB Operations 9 Read Buffer Operations 10 TLB lockdown 13 Process ID Mapping 14 Debug Support 15 Test & Clock Control 4, UNUSED

22 CP15 与 MMU 操作相关寄存器 RRV I Z F R S B L D PW C A M translation table base address D15 D14 D13 D12 D11 D10 D9 D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

23 存储访问

24 典型 SRAM 访问 CE R/W Adrs SRAM Data

25 Flash 存储访问 vflash 可以在系统电压下擦写 v 擦写时间比读取时间长 v 必须以块方式擦写

26 典型 DRAM 设备 CE ras R/W RAS CAS DRAM A[n:0] array of memory cells Adrs Data mux cas data out

27 SDRAM 页模式访问时序 CE R/W RAS CAS Adrs row adrs col adrs col adrs col adrs Data data data data time

28 引导过程分析

29 u-boot 启动过程 vstage1: 基本的硬件初始化为加载 stage2 准备 RAM 空间拷贝 stage2 到 RAM 中设置堆栈指针 sp 跳到 stage2 的入口点

30 u-boot 启动过程 vstage2: 初始化本阶段要使用到的硬件设备检测系统的内存映射加载内核映像和文件系统映像设置内核的启动参数调用内核

31 u-boot 启动顺序 _start: --cpu/arm920t/start.s reset: cpu_init_crit: relocate: stack_setup: start_armboot() --lib_arm/board.c init_sequence[] = {cpu_init, board_init, } flash_init() --board/smdk2410/flash.c env_relocate() devices_init() console_init_r () main_loop () --common/main.c

32 go 命令 intdo_go (cmd_tbl_t*cmdtp, int flag, intargc, char *argv[]) { ulong addr, rc; int rcode= 0; if (argc < 2) { printf("usage:\n%s\n", cmdtp->usage); return 1; } addr= simple_strtoul(argv[1], NULL, 16); printf ("## Starting application at 0x%08lX...\n", addr); rc = ((ulong (*)(int, char *[]))addr) (--argc, &argv[1]); if (rc!= 0) rcode= 1; printf ("## Application terminated, rc = 0x%lX\n", rc); return rcode; }

33 bootm 命令 int do_bootm (cmd_tbl_t*cmdtp, int flag, int argc, char *argv[]) { printf(" Uncompressing %s... ", name); gunzip ((void *)ntohl(hdr->ih_load), unc_len, (uchar *)data, &len) do_bootm_linux() --lib_arm/armlinux.c { thekernel= (void (*)(int, int, uint))ntohl(hdr->ih_ep); char *commandline = getenv ("bootargs"); setup_commandline_tag (bd, commandline); cleanup_before_linux (); thekernel(0, bd->bi_arch_number, bd->bi_boot_params); } }

34 u-boot 详细分析 v 请参考试验手册

35 U-boot 代码分析 (1) board cpu lib_ppc lib_arm lib_i386 include Board dependent files, RPXlite(mpc8xx), smdk2410(arm920t), sc520_cdp(x86) CPU specific files, mpc8xx, ppc4xx, arm720t, arm920t, xscale, i386 Files generic to PowerPC architecture Files generic to ARM architecture Files generic to X86 architecture Header Files and board configs

36 U-boot 代码分析 (2) common lib_generic net fs post drivers disk rtc dtt Misc functions Generic library functions Networking code File System Code Power On Self Test Common used device drivers Hard disk interface code Real Time Clock drivers Digital Thermometer and Thermostat drivers

37 U-boot 代码分析 (3) examples tools doc Example code for standalone applications, etc. Tools to build S-Record or U-Boot images, etc. Documentation (don't expect too much)

38 U-boot 移植 v 需要根据目标板修改 Board 和 CPU 特定的代码选择一个 u-boot 已支持的类似板子作为起点主要完成 CPU 内存 FLASH 串口以太网接口的初始化配置 u-boot 编译测试固化 v U-boot 的移植 Board 目录 Makefile Config.in 宏定义和参数

39 关键程序 v 串口初始化 /cpu/arm920t/s3c24x0/serial.c v SDRAM 初始化 include/ /memory.h v FLASH 初始化 board/smdk2410/flash.c v 以太网初始化 net/cs8900a.c

40 U-boot 编译 v 源码使用 Makefile 管理 v u-boot 配置 make <BOARD_NAME>_config make smdk2410_config v 交叉环境编译 make CROSS_COMPILE = arm-linuxv 编译后产生文件 System.map u-boot u-boot.bin The symbol map U-Boot in ELF binary format U-Boot raw binary image u-boot.srec U-Boot image in Motorola's S-Record format

41 U-boot 调试 v 添加调试信息 SHOW_BOOT_PROGRESS(arg) 用来打印启动运行过程中的信息 v 修改 u-boot 在 RAM 中 TEXT_BASE 基址在 board/xxx/config.mk 中定义 v 处理 reset_vector board/<board_name>/u-boot.lds v 往编译参数 DBGFLAGS 添加 -g config.mk 中定义 v 重新编译 u-boot v 使用硬件调试器, 调试 u-boot 用可运行的 u-boot 调试新的 u-boot

42 启动命令 v 使用 tftp 和 go 命令 =>tftp zimage =>go v 启动 uimage =>tftp uimage =>bootm v 带 ramdisk 的 uimage 启动方式, 分别是 uimage 和 ramdisk.img 所在位置 =>bootm

43 我们提供完善的培训 v 嵌入式 Linux 预科班 ( 免费 ) v 嵌入式 Linux 系统开发班 v 嵌入式 Linux 驱动开发班 v 嵌入式 Linux 应用开发班 v 嵌入式 Linux 就业培训班 v 企业内训课程

44 Any questions? DISCUSS PLZ! ACCESS ME:

ARM JTAG实时仿真器安装使用指南

ARM JTAG实时仿真器安装使用指南 ARM JTAG Version 1.31 2003. 11. 12 ARM JTAG ARM JTAG.3 ARM 2.1.4 2.2.4 ARM JTAG 3.1 18 3.2 18 3.2.1 Multi-ICE Server.18 3.2.2 ADS..21 ARM JTAG 4.1 Multi-ICE Server 33 4.1.1 Multi-ICE Server..... 33 4.1.2