最新BootLoader的设计与实现学习资料
实验一 Bootloader的设计与移植实验讲义
实验一
BootLoader 的设计与移植
东南大学嵌入式工程中心 2011-08
当完成用户程序的编译并下载到目标板上运行时，总是要首先进行存储器的映射，然后 通过 ADS（或 SDT）调试环境下载，显然，这个过程对普通用户来说显得特别烦琐，然而， 要在裸板（没有任何程序的系统板）上调试运行程序，也只能采用这种方法。如果能在用户 设计的系统板上烧写一段 BootLoader 程序，就可以将该过程屏蔽起来，让用户通过一些简 单的操作，就可完成程序的下载、调试等工作，这就是我们要在裸板设计与移植 BootLoader 的原因与意义所在。
由于时间关系，移植的是华邦开发板上自带的BootLoader，这样就不需要对硬件平台 的初始化工程进行修改。 1、 Bootloader 的下载 方法一： A、 建立超级终端。打开开始菜单/附件/通讯/超级终端，建立一个终端。名字自拟，选择连
接时使用 com1，确定。然后选择每秒位数 115200，数据位 8，停止位 1，其它选择无。 B、上电后按下“ESC”键进入 bootloader 调试模式
这在我们这短短的时间内是很难做到的，所以实验中对 Bootloader 只进行简单的修改比如说 进入 Debug 模式的等待时间，在载入过程中控制 LED 闪亮等等。整个过程我们主要修改 Bootloader.mcp 中的 Command.c 文件.（修改时注意，不要将 Bootloader 等待时间设置过长； 编写好程序之后，务必严格进行逻辑检查，不要出现死循环！！！否则后果很严重）
负责以以太网接口向 flash 里面固化程序
Shell.mcp
BootLoader 里面 shell 命令的解析
zlib.mcp
嵌入式系统中Bootloader的设计与实现_马学文
嵌入式系统中Bootloader 的设计与实现马学文1，朱名日1,2，程小辉1 (1. 桂林工学院电子与计算机系，桂林541004；2.中南大学信息物理工程学院，长沙410083)—97—作者所承研的项目中硬件平台是基于ARM7TDMIRISC 内核的三星公司S3C4510B 微处理器，采用的嵌入式Linux 系统为uCLinux。
系统有64MB SDRAM, 其地址从0x 0800.0000 ～0x0bff.ffff, 还有32MB Flash, 其地址从0x0c00.0000～0x0dff.ffff。
32MB Flash 具体规划如下：从0x0c00.0000 开始的第1 个1MB 放Bootloader，从0x0c10.0000开始的2MB放Linux kernel, 从0x0c30.0000开始的余下部分都给rootdisk。
64MB SDRAM 启动后的具体程序分布示意图如图2 所示。
图2 64MB SDRAM 的程序分布示意图Bootloader 一般有几个文件组成。
先是START.s，也是唯一的一个汇编程序，其余的都是C 语言写成的，START.s主要用来初始化堆栈：_start:ldr r1,=StackInit /* r1 是参数字符串的地址*/ldr sp,[r1]int main().equ StackInitValue,_end_data+0x1000/* 在连结脚本中指定4K __end_data*/StackInit:.long StackInitValue.global JumpToKernelJumpToKernel: /*拷贝内核的代码*/mov pc, r0 /*获得Kernel 地址*/.global JumpToKernel0x /*用来扩展内核*/JumpToKernel0x: /*拷贝获得的扩展内核*/mov r8, r0mov r0, r1mov r1, r2mov r2, r3mov r3, r4mov pc, r8.section“.data.boot”.section“.bss.boot”其中main 函数的C 语言实现过程如下：int main(){U32 *pSource, *pDestin, count;U8 countDown, bootOption;U32 delayCount;U32 fileSize, i;char c;char *pCmdLine;char *pMem;init(); /*初始化Flash 控制器和CPU 时钟*/EUARTinit(); /*串口初始化*/EUARTputString("\n\n Linux Bootloader\n"); /*打印信息*/ EUARTputString((U8 *)cmdLine); /*command_line 支持, 用于定制内核*/EUARTputString("\n\n");用command_line 可以给内核传一些参数，自己定制内核的行为。
《BootLoader实验》课件
BootLoader在计算机启动过程中的位置和作用
了解BootLoader在启动过程中的定位和功能
实验原理
1
BootLoader的结构
深入了解BootLoader的内部结构
2
BootLoader的工作原理
揭秘BootLoader的工作机制
3
BootLoader的实现方式
提供与BootLoader相关的参考资料和文献
实验过程中用到的工具和软件
介绍在实验过程中使用的工具和软件
1 BootLoader实验的意义和作用
总结BootLoader实验的重要性和作用
3 实验心得和体会
表达对BootLoader实验的体验和感受
2 实验中遇到的问题和解决方法
分享实验过程中遇到的问题及其解决方法
4 接下来的学习和探索方向
提出继续学习和探索BootLoader的方向
பைடு நூலகம்考资料
BootLoader相关资料和文献
探索BootLoader的不同实现方式
实验步骤
1. 环境准备 2. BootLoader的编写和汇编 3. 引导扇区的制作和写入 4. 实验现场演示
实验效果
BootLoader的启动过程
了解BootLoader在实际运行中的启动过程
实验效果观测和分析
观察和分析BootLoader实验的结果
实验总结
《BootLoader实验》PPT 课件
欢迎来到《BootLoader实验》PPT课件！在本课件中，我们将探索BootLoader 的作用、实现原理、实验步骤以及实验效果。让我们一起来了解BootLoader实 验的奥秘吧！
简介
bootloader学习资料简介
• 等待10秒钟，看用户是否按了键。按键通过串口 读入。如果没有键按下，每过一秒钟输出一个小 数点。
• for(i = 0; i < 10; i++) •{ • serial_write('.'); • retval = SerialInputBlock(commandline, 1, 1); • if(retval > 0) • break; •}
• ldr r0, BLOB_START
• mov pc, r0
第二阶段开始
• 入口程序trampoline.S
• .text
• .globl _trampoline
• _trampoline:
•
……/*全局数据区清0*/
•
ldr r0, stack_end
•
sub sp, r0, #4
• 设置堆栈指针为堆栈段的最后一个地址，也即堆栈向低地 址生长。
• 如果时间结束还没有键按下，则引导操作 系统内核。
• if(retval == 0) •{ • commandline[0] = '\0'; • parse_command("boot"); •}
• 如果有键按下，则进入命令行模式，等待用户输 入命令。每个命令等待输入10分钟。
• for(;;) •{ • DisplayPrompt(NULL);
prefetch_abort
/* 0x0000000C */
data_abort
/* 0x00000010 */
实验三 BootLoader实验
BootLoader 实验【实验目的】1、了解BootLoader 的基本概念和框架结构2、了解BootLoader 引导操作系统的过程3、掌握bootloader 程序的编译方法4、掌握BootLoader 程序的使用方法【实验原理】1、bootLoader 的作用PC 机中的引导加载程序由BIOS 和位于硬盘MBR 中的OS Boot Loader 一起组成。
BIOS 在完成硬件检测和资源分配后，将硬盘MBR 中的Boot Loader 读到系统的RAM中，然后将控制权交给OS Boot Loader。
Boot Loader 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。
嵌入式系统中，通常并没有像BIOS 那样的固件程序，因此整个系统的加载启动任务完全由bootLoader 来完成。
bootloader 的主要作用：（1）、初始化硬件设备（2）、建立内存空间的映射图（3）、完成内核的加载，为内核设置启动参数2、bootLoader 程序结构框架嵌入式系统中的boot Loader 的实现完全依赖于CPU 的体系结构，因此大多数Boot Loader 都分为第一阶段和第二阶段两大部分，依赖于CPU 体系结构的代码，比如设备初始化代码等，通常都放在阶段1 中，而且通常都用汇编语言来实现，以达到短小精悍的目的。
而阶段2 则通常用C 语言来实现，这样可以实现一些复杂的功能，而且代码会具有更好的可读性和可移植性。
（1）、Boot Loader 的阶段1 通常主要包括以下步骤：. 硬件设备初始化；. 拷贝Boot Loader 的程序到RAM 空间中；. 设置好堆栈；. 跳转到阶段2 的C 入口点。
（2）、Boot Loader 的阶段2 通常主要包括以下步骤：. 初始化本阶段要使用到的硬件设备；. 系统内存映射(memory map)；. 将kernel 映像和根文件系统映像从Flash 读到RAM 空间中；. 为内核设置启动参数；. 调用内核。
嵌入式系统BootLoader设计与实现
设计与应用计算机测量与控制.2009.17(2) Computer Measurement &Control ・389・中华测控网收稿日期:2008-07-03; 修回日期:2008-08-13。
基金项目:陕西省自然科学基金(2007F29);陕西省科技攻关项目(2007K04-01)。
作者简介:袁 磊(1983-),男,湖南衡阳人,硕士生,主要从事嵌入式系统方向的研究。
朱怡安(1960-),安徽人,教授,博导,主要从事嵌入式计算,移动计算方向的研究。
文章编号:1671-4598(2009)02-0389-03 中图分类号:TP36812 文献标识码:A嵌入式系统BootLoader 设计与实现袁 磊,朱怡安,兰 婧(西北工业大学计算机学院,陕西西安 710072)摘要:如何根据开发板的硬件资源,设计bootloader (引导加载程序)是嵌入式系统设计的重点与难点;通过分析系统的硬件组成,对bootloader 的功能,特点,结构及其主要任务进行了研究,对比分析了intel pxa250和intel pxa270的主要异同,以加载linux 操作系统内核为例,针对intel pxa270&linux 嵌入式系统开发平台,提出了一种利用uboot 实现bootloader 的软件设计与实现的新方法,从而成功引导加载操作系统内核;该设计具有一定的通用性,可广泛地应用到其他的处理器及其应用系统中;同时,详细阐述了uboot 的执行流程及其移植方法。
关键词:引导加载程序;PXA270;嵌入式系统;U -boot ;嵌入式linuxDesign and Implementation of BootLoader in embedded systemYuan Lei ,Zhu Y ian ,Lan Jing(College of Computer Science ,Northwestern Polytechnical University ,Xi πan 710072,China )Abstract :How to develop Bootloader on t he basis of specific hardware platform is a key point and difficulty of embedded system design.The paper do research on t he function ,character ,architecture and main tasks of bootloader t hrough analysing to t he organizition of system hardware.It compares t he main diferences and similarities between intel pxa250and intel pxa270.Taking loading linux operation system kernal as a example ,it introduces a new met hod on how to design and implement bootloader on t he basis of intel pxa270&linux embedded system platform.So as to sucessfully loading t he operation system kernel.The design has some flexibility and can be used to ot her proces 2sors and applications system easily.At t he same time ,it introduces how t he uboot is executed and how to transplant t he U -boot to PXA270in particular.K ey w ords :boot loader ;PXA270;embedded system ;U -boot ;embedded linux0 引言PXA270是Intel 公司生产的一款基于ARM9内核的32位RISC 芯片。
嵌入式系统Bootloader学习笔记
在嵌入式系统学习过程中涉及到了在嵌入式系统学习过程中涉及到了Bootloader，下面讲述了Bootloader的基本作用，在后续的文章中我将对如何编写自己的Bootloader进行介绍。
1. Bootloader的基本概念：简单地说，bootloader就是在操作系统内核运行前运行地一段小程序。
通过这段小程序，可以对硬件设备，如CPU、SDRAM、Flash、串口等进行初始化，也可以下载文件到系统板、对Flash进行擦除和编程，真正起到引导和加载内核镜像的作用，但是随着嵌入式系统的发展，bootloader已经逐渐在基本功能的基础上，进行了扩展，bootloader可以更多地增加对具体系统的板级支持，即增加一些硬件模块功能上的使用支持，以方便开发人员进行开发和调试。
从这个层面上看，功能扩展后bootloader可以虚拟地看成是一个微小的系统级的代码包。
bootloader是依赖于硬件而实现的，特别是在嵌入式系统中。
不同的体系结构需求的bootloader是不同的；除了体系结构，bootloader还依赖于具体的嵌入式板级设备的配置。
也就是说，对于两块不同的嵌入式板而言，即使它们基于相同的CPU构建，运行在其中一块电路板上的bootloader，未必能够运行在另一块电路开发板上。
BootLoader为系统复位或上电后首先运行的代码，一般应写在起始物理地址0x0开始。
Bootloader的启动过程可以是单阶段的，也可以是多阶段的。
通常多阶段的bootloader能提供更为复杂的功能，以及更好的可移植性。
从固态存储设备上启动的bootloader大多数是二阶段的启动过程，也即启动过程可以分为stage 1和stage 2两部分。
2. ARM Bootloader的一般作用对于一个ARM系统来说，本质上，bootloader作为引导与加载内核镜像的“工具”，在实现上，必须提供以下几个功能，更确切地说，必须做到以下几点：（1）初始化RAM（必需）：bootloader必须能够初始化RAM，因为将来系统要通过它保存一些Volatile数据，但具体地实现要依赖与具体的CPU以及硬件系统。
Bootloader的设计和实现
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◆
BootLoader的推荐做法 的推荐做法
尽量使用微软提供的支持库开发BootLoader ● 尽量使用微软提供的支持库开发 共享相同的硬件初始化代码 ● 和OAL共享相同的硬件初始化代码
◆ BootLoader的附加功能特性 的附加功能特性 的输出信息中， ● 在BootLoader的输出信息中，应包含版本、开发者和构 的输出信息中 应包含版本、 建日期等信息 ● ● ● ● ● 设计一个序列化的功能选项菜单， 设计一个序列化的功能选项菜单，为用户开发提供便利 支持自更新 协调工作， 与PB协调工作，实现复位下载，复位跳转和自更新 协调工作 实现复位下载， 提供一种监视和反馈机制， 提供一种监视和反馈机制，监控下载过程 在其中尽肯能的包含以太网调试驱动
◆ 下载模式
目标机通过串口、网口或者 目标机通过串口、网口或者USB从主机端下载镜像到目 从主机端下载镜像到目 标机端点RAM中，然后再被 BootLoader 写到目标机 标机端点 中 上的FLASH 类固态存储设备中 上的
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1.3 嵌入式系统的引导模式
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BootLoader代码的执行过程的交互图 图4
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4 BootLoader开发前的硬件考虑 开发前的硬件考虑
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为了增加BootLoader的通用性和可移植性，本文把启动过 程分为stagel和stage2两个阶段。
stage1阶段：执行的是用汇编语言来实现的依赖CPU体系 结构的代码，这样可以提高系统的启动速度。
stage2阶段：完成的是OS内核启动前的准备工作，多采用 处理能力强、可移植性好的C语言来实现。
BootLoader的设计与实现
课件总目录
1.绪论 2.移植前规划 3.Bootloader
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1.1 BootLoader简介 (2)
嵌入式系统引导加载程序
对于PC机来说，其开机后操作系统启动前的硬件初始化操 作是由BIOS完成的；
3.工作状态的选择
7.编写最小启动代码
4.工作模式的选择 移植前规划阶段
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操作系统移植阶段
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章节目录
2.移植前规划
内容提要 2.1 移植的硬件条件 2.2 编译器的选择 2.3 工作状态的选择 2.4 工作模式的选择
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2.2 编译器的选择 (2)
常用的ARM编译器
BootLoader安装媒介
系统加电或复位后，所有的CPU通常都从CPU制造商预先安 排的地址上取指令。
举例说明
基于ARM7TDMI Core的嵌入式系统中，系统在上电或复位时 是从0x00000000地址开始取第一条指令执行，而在这个地 址安排的通常就是系统的BootLoader程序。
嵌入式系统通常都有某种类型的固态存储设备(比如ROM、 EPROM或FLASH等)被安排这个起始地址上用来存放 BootLoader程序。
ARM状态
ARM状态下执行字对准的32位ARM指令；
Thumb状态
Thumb状态下执行半字对准的16位Thumb指令。
两种工作状态可以进行相互切换。
本移植采用的工作状态
本移植只实现COS-II在ARM状态下工作。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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2.4 工作模式的选择 (1)
ARM处理器工作模式
系统
(sys) 支持操作系统的特权任务
说明
与用户模式类似，但具有可以直 接切换到其它模式等特权
快中断(fiq) 支处持理12高..A除速R数用M内据户部传模寄输式存及外通器，道和其一它F些IQ模异片式常内称响外为应设特时在进权硬入模件此式设模；计式
中断 (irq) 用于通上用只中允断许处（理或可选为I只RQ异允常许响）应特时权进模入式此下模访式问； 3.特权模式可以自由的切换处理器模式，而用户
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1.1 BootLoader简介 (5)
BootLoader下载方式
通过编程器将可执行目标文件烧写到 BootROM中。 通常通过串行口、网口或JTAG等接口 下载。
目标机
RAM
MP
U
BOOT
ROM
下载工具
串口 网口 JTAG
宿主机
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1.1 BootLoader简介 (6)
对于嵌入式系统来说，出于通用性、价格等方面的考虑， 通常并没有像BIOS那样的固件程序；
启动时用于完成初始化操作的引导加载程序必须自行编写， 这段程序一般被称为Bootloader程序。
BootLoader
BootLoader程序是系统加电（或复位）后运行的第一段软 件代码。
主要作用：通过这段代码，可以初始化系统硬件设备、建 立内存空间的映射图，从而将系统的软硬件环境带到一个 合适的状态，以便最终调用操作系统内核。
通用BootLoader
综上所述，为嵌入式系统建立一个通用的BootLoader是很 困难的；
尽管如此，我们仍然可以对BootLoader（尤其是基于同种 Core的微处理器）归纳出一些通用的概念和设计思路，用 来指导用户特定BootLoader的设计与实现。
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1.1 BootLoader简介 (4)
管理 (svc) 操作系模统保式护不代能码直接切换到复位别和的软模件式中。断时进入此模式
处理器模式
说明
备注
用户 (usr) 正常程序工作模式
不能直接切换到其它模式
系统
(sys) 支持操作系统的特权任务
与用户模式类似，但具有可以直 接切换到其它模式等特权
快中断(fiq)
支持高速数据传输及通道 处理
FIQ异常响应时进入此模式
中断 (irq) 用于通用中断处理
IRQ异常响应时进入此模式
管理 (svc) 操作系统保护代码
最小启动代码
stage1阶段执行的代码，我们称之为最小启动代码。所谓 最小启动代码是指为了完成系统（OS或用户应用程序）启 动所必须的最少硬件的初始化程序。
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1.3 µC/OS-II移植流程
Phase 1
Phase 2
1.移植的硬件条件 2.编译器的选择
5.BootLoader框架 6.初始化流程
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1.1 BootLoader简介 (3)
BootLoader特点
BootLoader除了依赖CPU的体系结构外，还依赖于具体的嵌 入式板级设备的配置；
对于两块不同的嵌入式开发板，即使它们是基于同一种CPU 而构建的，如果他们的硬件资源和配置不一致，要想让运 行在一块板子上的BootLoader程序也能运行在另一块板子 上，也还是需要作一些必要的修改。
目前，比较流行的编译器有SDT、ADS、IAR、KEIL和GCC等， 其中SDT和ADS均为ARM公司开发，ADS为SDT的升级版。
本移植采用的编译器
ADS1.2（ARM Developer Suite ）集成开发环境。
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2.3 工作状态的选择
ARM处理器工作状态
自从ARM7TDMI Core以后，体系结构中具有T变种的ARM处 理器核可以工作在以下两种状态。
复位和软件中断时进入此模式
中止
(abt)
用于支持虚拟内存和存储 器保护
在ARM7TDMI没有大用处
未定义(und)
支持硬件协处理器的软件 仿真
未定义指令异常时进入此模式
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2.4 工作模式的选择 (2)
特权模式
处理器模式
说明
备注
用户 (usr) 正常程序工作模式
不能直接切换到其它模式