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畏突黎
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1 实验三 BootLoader(vivi) 编译实验 1 实验目的了解 BootLoader 的作用和原理了解 vivi 定制方法, 根据实验台硬件特征, 修改 s3c2410.h 文件熟悉条件编译的方法, 配置编译 vivi 2 实验设备硬件 :PC 机, 嵌入式系统实验箱软件 :Red Hat 9,ARM-GCC 实验原理 3.1 Bootloader 概述 BootLoader 是系统加电启动运行的第一段软件代码 PC 机中的引导加载程序由 BIOS( 其本质就是一段固件程序 ) 和位于硬盘 MBR 中的引导程序一起组成 BIOS 在完成硬件检测和资源分配后, 将硬盘 MBR 中的引导程序读到系统的 RAM 中, 然后将控制权交给引导程序引导程序的主要运行任务就是将内核映象从硬盘上读到 RAM 中然后跳转到内核的入口点去运行, 也即开始启动操作系统而在嵌入式系统中, 通常并没有像 BIOS 那样的固件程序 ( 有的嵌入式系统也会内嵌一段短小的启动程序 ), 因此整个系统的加载启动任务就完全由 BootLoader 来完成比如在一个基于 ARM7TDMIcore 的嵌入式系统中, 系统在上电或复位时都从地址 0x 开始执行而在这个地址处安排的通常就是系统的 BootLoader 程序简单地说 BootLoader 就是在操作系统内核或用户应用程序运行之前运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图 ( 有的 CPU 没有内存映射功能如 S3C44B0), 从而将系统的软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或用户应用程序准备好正确的环境对于一个嵌入式系统来说, 可能有的包括操作系统, 有的小型系统也可以只包括应用程序, 但是在这之前都需要 BootLoader 为它准备一个正确的环境通常,BootLoader 是依赖于硬件而实现的, 特别是在嵌入式领域, 为嵌入式系统建立一个通用的 BootLoader 是很困难的当然, 可以归纳出一些通用的概念来, 以便了解特定 BootLoader 的设计与实现 3.2 vivi 介绍 vivi 是由韩国 Mizi 公司开发的一种 Bootloader, 适合于 ARM9 处理器, 支持 S3C2410x, 其源代码可以在网站下载和所有的 Bootloader 一样,vivi 有两种工作模式, 即启动加载模式和下载模式当 vivi 处于下载模式时, 它为用户提供一个命令行接口, 通过该接口能使用 vivi 提供的一些命令集 3.3 vivi 代码分析

2 Vivi 的代码包括 arch,init,lib,drivers 和 include 等几个目录, 共 200 多个文件 vivi 主要包括下面几个目录 : arch: 此目录包括了所有 vivi 支持的目标板的子目录, 例如 s3c2410 目录 drivers: 其中包括了引导内核需要的设备的驱动程序 (MTD 和串口 ) MTD 目录下 map nand 和 nor 三个目录 init: 这个目录只有 main.c 和 version.c 两个文件和普通的 C 程序一样,vivi 将从 main 函数开始执行 lib: 一些平台公共的接口代码, 比如 time.c 里的 udelay() 和 mdelay() include: 头文件的公共目录, 其中的 s3c2410.h 定义了这块处理器的一些寄存器 Platform/smdk2410.h 定义了与开发板相关的资源配置参数, 往往只需要修改这个文件就可以配置目标板的参数, 如波特率引导参数物理内存映射等 3.4 vivi 运行过程分析 vivi 作为一种 Bootloader, 其运行过程分成两个阶段第一阶段的代码在 vivi/arch/s3c2410/head.s 中定义, 大小不超过 10 KB, 它包括从系统上电后在 0x 地址开始执行的部分这部分代码运行在 Flash 中, 它包括对 S3C2410 的一些寄存器时钟等的初始化并跳转到第二阶段执行第二阶段的代码在 vivi\init\main.c 中, 主要进行一些开发板初始化内存映射和内存管理单元初始化等工作, 最后会跳转到 boot_or_vivi() 函数中, 接收命令并进行处理需要注意的是在 Flash 中执行完内存映射后, 会将 vivi 代码拷贝到 SDRAM 中执行如图 1 所示, 给出了 vivi 的详细的运行过程图 1 vivi 运行过程大多数 Bootloader 都分为 stage1 和 stage2 两部分,stage2 的代码通常用 C 来实现, 以便于实现更复杂的功能并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 程序时, 不能使用 glibc 库中的函数因此, 从那里跳转进 main() 函数, 而把 main() 函数的起始地址作为整个 stage2 执行映像的入口点也存在两个缺点 : 无法通过 main() 函数传递函数参数且无法处理 main() 函数返回的情况一种较为巧妙的方法是利用弹簧床的概念, 也就是用汇编语言写一段 trampoline 小程序, 并将这段程序作为 stage2 可执行映象的执行入点, 然后在 trampoline 汇编小程序中用 CPU 跳转指令跳入 main() 函数中去执行当 main() 函数返回时,CPU 执行路径再次回到 trampoline 程序简而言之, 这种方法的思想就是 : 用这段 trampoline 小程序来作为 main() 函数的外部包裹 vivi 中的 trampoline 程序如下 get read to call C functions ldr sp, setup stack pointer mov fp, no previous frame, so fp=0 mov a2, set argv to NULL bl call main mov pc, otherwise, reboot;

3 正常情况下, 程序能够正常执行完毕, 但是如果出错了, 就回到最后一条语句重新启动系统 4 实验步骤 4.1 拷贝 vivi 源代码到根目录下, 建立编译运行环境拷贝 vivi 0.1 源码压缩包, 解压缩, 进入 vivi 目录, 察看解压后文件修改 Makefile 文件 : LINUX_INCLUDE_DIR -- 更改为交叉编译器的 include 文件夹 CROSS_COMPILE -- 交叉编译器的可执行文件的路径 ARM_GCC_LIBS -- 交叉编译器的 lib 库文件的路径运行 make clean 及 make menuconfig 两个命令, 命令执行后的界面如图 2 所示, 观察名项设置, 理解其含义, 保存配置文件, 退出配置界面图 2 图形化配置界面运行 Make 命令, 编译 vivi, 应该只生成了 vivi-elf 文件, 这时需要使用 GNU 工具转换为二进制文件, 命令行如下 : arm-linux-objcopy -O binary -S vivi-elf vivi -R.comment -R.stab -R.stabstr 可以看到生成的 vivi 文件, 这个文件这就是 BootLoader 4.2 vivi 几个重要命令解释 part 命令 part show 显示分区信息 part add partname part_start_addr part_leng 0 添加分区 part del partname 删除分区 part save 保存 part 分区信息

4 part reset 恢复为系统默认的分区 load 命令 load flash partname x 使 xmodem 协议通过串口下载文件并且烧写 partname 分区 load ram partname or addr x 使 xmodem 协议通过串口下载文件到内存中 param 命令 param show 显示配置信息 param set paramname value 设置参数值 param set linux_cmd_line linux boot param 设置 linux 启动参数 param save 保存参数的设置 boot 命令 boot linux 操作系统 boot ram ramaddr length 启动以及下载到 sdram 中的 linux 内核 go 命令 go addr 跳转到指定地址运行该处程序 5 实验思考 5.1 BootLoader 和 PC 的 BIOS 有什么共同点, 又有什么不同的地方? 5.2 BootLoader 的启动分为多少个阶段, 每个阶段又做了些什么? 5.3 BootLoader 代码能写得短小精悍吗? 请最大限度地裁减 vivi 的代码, 然后回答这个问题

嵌入式系统原理及应用教程 ( 第 2 版 )/ 清华大学出版社 EL-ARM-860 V1.2 一实验目的实验二 Boot Loader 引导程序 1. 了解 Boot Loader 的作用, 掌握 Boot Loader 的编程思想二实验设备 1. Pentium II 以上的 PC 机,

嵌入式系统原理及应用教程 ( 第 2 版 )/ 清华大学出版社 EL-ARM-860 V1.2 一实验目的实验二 Boot Loader 引导程序 1. 了解 Boot Loader 的作用, 掌握 Boot Loader 的编程思想二实验设备 1. Pentium II 以上的 PC 机, 一实验目的实验二 Boot Loader 引导程序 1. 了解 Boot Loader 的作用, 掌握 Boot Loader 的编程思想二实验设备 1. Pentium II 以上的 PC 机, LINUX 操作系统三实验内容 1. 学习 x-loader 作用和编译过程 2. 学习 uboot 作用和编译过程 3. 学习 Boot Loader 的操作四 Bootloader 程序说明