用GNU工具链开发嵌入式linux系统引导程序
第３２卷第１期２００６年１月
中国测试技术
ＣＨＩＮＡＭＥＡｓＩＪＲＥＭＥＮＴＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
Ｖ０１．３２Ｎｏ．１
Ｊａｎ．２００６
用ＧＮＵ工具链开发嵌入式ｌｉｎｕｘ系统引导程序
冯进文，杨荣松
（四川大学制造科学与工程学院，四川成都６１００６５）
摘要：操作系统引导程序－－Ｂｏｏｔｌ—ｏａｄｅｒ是嵌入式系统软件开发的第一个环节，在整个开发过程中占有极重要的地位。本文详细论述了ＢｏｏｔＩ∞ａｄｅｒ的运行机理，并以在三星公司的Ｓ３Ｃ４４ＢＯＸ处理器上ｕＣｌｉｎｕｘ的引导程序的开发为实例，着重分析了ＦＬＡＳＨ，ＲＡＭ的存储空间分配，介绍了ＧＮＵ工具链的开发流程、可执行映象文件在存储空间的定位及ｕＣｌｉｎｕｘ内核的相关配置。
关键词：ＧＮＵ；ｕＣｌｉｎｕｘ；Ｓ３Ｃ４４ＢＯＸ；ＢｏｏｔＬｏａｄｅｒ
中图分类号：ＴＰ３１６．８９文献标识码：Ａ文章编号：１６７２—４９８４（２００６）０１—０１０１．０３
Ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｔｈｅｂｏｏｔｌ＿ｚｍｄｅｒｏｆｅｍｂｅｄｄｅｄｌｉｎｕｘｓｙｓｔｅｍｂｙＧＮＵｔｏｏｌｓｃｈａｉｎ
ＦＥＮＧＪｉｎ—Ｗｅｌｌ，ＹＡＮＧＲｏｎｇ－ｓｏｎｇ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｉｃｈｕａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１００６５，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｏｓｂｏｏｔｓｔｒａｐｐｒｏｇｒａｍ（ＢｏｏｔＩ．ｏａｄｅｒ）ｉｓｔｈｅｆｉｒｓｔｓｔｅｐｉｎｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｓｏｆｔｗａｒｅｏｆｅｍｂｅｄｄｅｄｓｙｓｔｅｍ．Ｉｔｉｓｖｅｒｙｉｍｐｏｒｔａｎｔｉｎｔｈｅｗｈｏｌｅｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ．ＴｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆＢｏｏｔＬｏａｄｅｒｉｎｄｅｔａｉｌ．ＴａｋｉｎｇｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｕＣｌｉｎｕｘｂｏｏｔｓｔｒａｐｐｒｏｇｒａｍｔｏ
Ｓ３Ｃ４４ＢＯＸｐｒｏｃｅｓｓｏｒｏｆ＆ｕＴ峭ｅｏｒｐａｓｅｘａｍｐｌｅ，ｉｔａｎａｌｙｚｅｄｔｈｅｍｅｍｏｒｙａｌｌｏｃａｔｉｏｎｏｆＦＬＡＳＨａｎｄＲＡＭｅｘｐｒｅｓｓｌｙ，ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓｏｆＧＮＵ
ａｎｄｔｈｅｌｏｃａｔｉｏｎｏｆｅｘｏｃ３ｕｔｅｉｍａｇｅｆｉｌｅｓａｎｄｒｅｌａｔｅｄｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｔｏｔｈｅｋｅｍｅｌｏｆｕＣｌｉｎｕｘ．
Ｋｅｙ
ｗｏｒｄｓ：ＧＮＵ；ｕＣｌｉｎｕｘ；ｓ３Ｃ４４ＢＯＸ；ＢｏｏｔＬｏａｄｅｒ
１引言
当前，遵循ＧＮＵ通用许可证协议ＧＰＬ（ＧｅｎｅｒａｌＰｕｂｌｉｃＬｉｅｎｃｅ）的Ｌｉｎｕｘ操作系统广泛应用于嵌入式领域。ＧＮＵ（ＧＮＵ’ＳＮｏｔＵｎｉｘ）项目是由被尊称为自由软件运动“传教士”的ＲｉｃｈａｒｄＭａｔｔｈｅｗＳｔａｌｌｍａｎ于１９８４年发起的。它是一个以开发自由开放的操作系统，并以此向计算机用户提供自由开放的选择为目标的项目。嵌入式Ｌｉｎｕｘ系统从软件的角度可分为四个层次：引导加载程序（ＢｏｏｔＬｏａｄｅｒ），Ｌｉｎｕｘ内核，文件系统和用户应用程序。其中ＢｏｏｔＩ＿ｏａｄｅｒ是系统上电复位后，内核启动之前执行的一段程序，其功能是初始化硬件设备后将操作系统内核从固态存储设备装载到ＲＡＭ中并引导其运行，它是嵌入式系统开发的一个难点，在整个开发中占有相当大的分量。
由于高度依赖ＣＰＵ体系结构和目标板的硬件配置，并没有一个通用的Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ程序可供开发者使用，因此需要自行开发或移植。尽管目前有可供移植的Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ，其中比较流行的是ｂｌｏｂ和Ｕ～ｂｏｏｔ，
收稿日期：２００５．０６－３０；收到修改稿日期：２００５．０９．０７支持多种ＣＰＵ体系结构。但由于目标板硬件配置的多样性，移植难度并不比自行开发低，而灵活性不如后者。本文首先分析ＢｏｏｔＬｏａｄｅｒ的运行机制，给出ＢｏｏｔＬｏａｄｅｒ的一般开发方法，然后以三星公司的Ｓ３ＣＡ４ＢＯＸ为硬件平台，实现对ｕＣｌｉｎｕｘ的引导。
２ＢｏｏｔＬｏａｄｅｒ运行机制
一般将ＢｏｏｔＬｏａｄｅｒ分为Ｓｔａｇｅｌ和Ｓｔａｇｅ２两部分，依赖于ＣＰＵ体系结构的代码放在ＳｔａｇｅＩ中，一般用汇编语言编写。Ｓｔａｇｅ２用ｃ编写以使其具有较好的可移植性和可读性，且容易实现复杂的功能。其工作流程如图１所示。
３ｕＣｌｉｎｕｘＢｏｏｔＩｘ）ａｄｅｌＦ在ｓ３ａ４８０Ｘ上的实现ｕＣｌｉｎｕｘ是当前比较流行的一个嵌入式Ｌｉｎｕｘ操作系统，其继承了ｌｉｎｕｘ的高可靠性，有丰富的网络功能，支持众多的硬件，具有精简和可裁剪的内核。
典型的嵌入式系统硬件平台一般包括处理器、ＲＡＭ（程序运行空间）、ＦＬＡＳＨ（存放代码）和必要的外部接口如串口和以太网控制芯片。Ｓ３ＣＡ４ＢＯＸ是三星公司一款ＡＲＭ７ＴＤＭＩ内核的处理器，无ＭＭＵ单元。其提供８个片选端（ｎＧＣＳ０．ｎＧＣＳ７），内置ＳＤＲＡＭ控制器。笔者的系统中采用了１片８Ｍｘｌ６
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