Bootloader的设计和实现
基于ARM嵌入式系统的通用bootloader的设计与实现-百度文库.
基于ARM 嵌入式系统的通用bootloader 的设计与实现绪论：随着嵌入式产品中高端微处理器ARM 的加入以及软件上操作系统的支持,使得整个嵌入式系统拥有了完整的构架。
现在,专门为嵌入式产品开发的各个操作系统层出不穷,WINDOW CE，POCKET PC，Linux 等等，各界关注地也特别多。
然而，如何进行加载操作系统这个问题却很少有人提出.这就产生了另一个相关主题bootloader 。
Bootloader 本身的功能就是引导与加载内核镜像。
如何实现bootloader 的基本功能，如何针对基于ARM 体系的微处理器来实现bootloader ,就成为本课题的一个基本论题。
,除了基本功能，bootloader 还能有什么更加具体的扩展功能来方便各个系统开发者，都属于本课题讨论的范畴。
第一章:ARM 简介第一节：ARM 微处理器嵌入式系统的核心部件是各种类型的嵌入式处理器.目前据不完全统计，全世界嵌入式处理器的品种总量已经超过1000多种,流行体系结构有30多个系列。
嵌入式微处理目前主要有Am186/88、386EX 、SC-400、Power PC、MIPS 、ARM 系列等。
其中，ARM 是一种今年来在嵌入式系统中有着强大影响力的微处理器设计商和制造商,ARM 的设计非常适合与小的电源供电系统。
特别是,随着近年来，微处理器结构由RISC （精简指令集)全面取代传统的CISC （复杂指令集）,因为ARM 是著名的RISC 的拥护者。
采用RISC 结构的ARM 微处理器一般具有如下特点:1．体积小、低功耗、低成本、高性能；2．支持Thumb （16位）/ARM（32位)双指令集,能很好地兼容8/16位器件;3．大量使用寄存器，指令执行速度更快；4．大多数数据操作都在寄存器中完成；5．寻址方式灵活简单,执行效率高；6．指令长度固定；下图所示的是ARM 构架图。
它由32位ALU 、若干个32位通用寄存器以及状态寄存器、32×8位乘法器、32×32位桶形移位寄存器、指令译码以及控制逻辑、指令流水线和数据/地址寄存器组成。
毕设级项目：基于单片机从零写bootloader
毕设级项目：基于单片机从零写bootloader1.项目简介在计算机系统中，bootloader是系统启动的关键组件之一。
它负责在计算机开机后首先加载并执行操作系统内核。
本项目旨在通过使用单片机，从零开始编写一个简单但完整的bootloader。
2.项目背景在嵌入式系统中，特别是在资源有限的环境中，使用单片机来编写bootloader是很常见的。
通过编写自己的bootloader，我们可以更好地了解启动过程，并可以通过添加自定义功能来满足特定的需求。
3.项目目标本项目的目标是编写一个能够在单片机上运行的bootloader，并能够加载并启动一个简单的操作系统。
为了达到这个目标，我们需要完成以下几个主要任务：3.1引导方式选择在编写bootloader之前，我们需要选择合适的引导方式。
这取决于我们所使用的单片机型号和开发环境。
常见的引导方式包括串口引导、SPI引导、CAN引导等。
3.2内存映射和堆栈设置在加载操作系统之前，我们需要进行内存映射和堆栈设置。
这些设置将确保操作系统能够正确地加载和执行。
3.3调试功能实现为了方便调试和错误排查，我们可以添加一些调试功能，如串口输出和断点设置。
这些功能将使我们能够更好地监视和分析bootloader的执行过程。
3.4操作系统加载和启动最后，我们需要编写代码来加载操作系统并启动它。
这包括读取操作系统的二进制文件，并将其加载到正确的内存位置。
一旦操作系统加载成功，bootloader应该能够跳转到操作系统的入口地址，并开始执行。
4.项目实施步骤在实施本项目时，可以按照以下步骤进行：4.1确定单片机型号和开发环境首先，我们需要确定使用的单片机型号和开发环境。
这将有助于我们选择适当的引导方式，并了解相关的开发工具和调试方法。
4.2编写引导代码根据选择的引导方式，编写引导代码。
这些代码将负责加载和执行后续的bootloader功能。
4.3实现内存映射和堆栈设置根据所使用的单片机和操作系统要求，进行内存映射和堆栈设置。
BOOTLOADER编写实验
五
基础知识
用来控制 BootLoader 的设备或机制
串口通讯是最简单也是最廉价的一种双机通讯设备，所以往 往在BootLoader中主机和目标机之间都通过串口建立连接， BootLoader 程序在执行时通常会通过串口来进行 I/O，比 如：输出打印信息到串口，从串口读取用户控制字符等。当 然如果认为串口通讯速度不够，也可以采用网络或者USB通 讯，那么相应的在BootLoader中就需要编写各自的驱动。
初始化本阶段要使用到的硬件设备 调用应用程序或启动内核
14
五
基础知识
Stage 1初始化流程图
stage 1的功能： RAM初始化， 设置各个部件的时钟和片选， 将BootLoader拷贝到RAM中，设 置堆栈，调用Stage 2。 注意：在本阶段，特别是在堆 栈设置之前，进行函数调用 （也有些汇编子程序不需要使 用堆栈）或者使用堆栈保存数 据将产生不可预知的结果；
通过串口设置下载地址和下载的长度 （用于缓冲接收的数据）， 下载更新的Boot Loader
接收下载的数据
确认下载的数据
调用I28f320_Prog_Main 将数据写到FLASH中
返回
17
六
实验过程
实验过程
18
六
实验报告要求
实验报告要求
Bootloader在嵌入式系统中的作用是什么，它的基本功能 包括那些？ 简述典型Bootloader的框架；
JX44B0实验系统教案 实验系统教案 BOOTLOADER编写实验 编写实验
武汉创维特信息技术有限公司
2010-11-19
提纲
1
实验目的
2
实验内容
3 4 5 6 7
预备知识
CC2530芯片中BootLoader程序的设计与实现
摘 要 ： 文 章在 分 析 了 Ｂｏ ｏ ｔ Ｌ ｏ ａ ｄ ｅ ｒ 程 序 一 般 功 能 的基 础 上 ， 结 合 ＣＣ２ ５ ３ ０芯 片 的硬 件 特 点 ．设 计 开 发 了适 合 ＣＣ２ ５ ３ ０芯 片 的 Ｂｏ ｏ ｔ Ｌ ｏ ａ ｄ ｅ ｒ 程 序 。 实现 了 对 ＣＣ２ ５ ３ ０芯 片 的 在 线 升 级 ．极 大 地 降 低 了设 备 维 护 难 度 。 实际 运 行 表 明 ，该 设 计 方 案 性 能 可 靠 ，具 有 良好 的 实 际 应 用价 值 。
第 ３ ４卷ｌ 第 ４期 ２ ０ １ ６年 ２月
太 原 学 院 学 报
Ｖ ｏ １ ． ３ ４ Ｎ ｏ ． ４
Ｄ ｅ ｃ ． ２ ０ １ ６
Ｃ Ｃ ２ ５ ３ ０ 芯片中 Ｂ ｏ ｏ ｔ Ｌ ｏ ａ ｄ ｅ ｒ 程序的设计与实现
樊星男
（ 太 原 学 院 ，山 西 太原 ０ ３ ０ ０ ３ ２ ）
第 ４期
序 ．所 以二者必 须被存 储 于独立 的 闪存空 间 。
根据 Ｆ ｌ ａ ｓ ｈ闪存 空 间 的 大 小 不 同 ，Ｃ Ｃ ２ ５ ３ ０芯
片分 为 Ｃ Ｃ ２ ５ ３ ０ Ｆ ３ ２ ／ ６ ４ ／ １ ２ ８ ／ ２ ５ ６四个 版 本 ，分 别 具 有 ３ ２ ／ ６ ４ ／ １ ２ ８ ／ ２ ５ ６ Ｋ Ｂ 的 闪 存 ． 我 们 选 取 的 是 Ｃ Ｃ ２ ５ ３ Ｏ Ｆ ２ ５ ６芯 片 。该 芯 片 的 闪存 被 等 分 为 １ ２ ８个 闪存 页 面 ，每个 页 面大 小 为 ２ Ｋ Ｂ ￣ ３ １ 。这 １ ２ ８个 闪存 页 面 需 要 被 划 分 为 几 个 独 立 空 间 ． 分 别 存 储 Ｂ ｏ ｏ ｔ Ｌ ｏ ａ ｄ ｅ ｒ 程序 和 主程 序 ．以保 证 两者 在 运行 过 程 中不会 修 改 对方 的闪存 空 间 。Ｃ Ｃ ２ ５ ３ ０闪存 划 分 示 意 图见 图 ２。
毕设级项目：基于单片机从零写bootloader
毕设级项目：基于单片机从零写bootloader摘要：1.引言2.单片机bootloader 简介3.单片机bootloader 设计与实现a.目标平台与工具选择b.代码烧写流程c.代码结构与组织d.重要函数与实现4.遇到的问题及解决方案a.硬件问题b.软件问题5.总结与展望正文：基于单片机的毕设项目，从零开始编写bootloader，对于学习和实践嵌入式系统的设计与开发具有很大的价值。
本文将详细介绍这一过程，包括bootloader 的设计思路、实现步骤以及遇到的问题和解决方案。
首先，我们需要了解什么是bootloader。
bootloader（引导加载程序）是嵌入式系统中的一个关键部分，它负责在系统加电后初始化硬件并执行系统启动代码。
通常情况下，bootloader 会被固化在单片机的非易失性存储器中，以保证系统能够从断电状态恢复。
接下来，我们将详细讨论单片机bootloader 的设计与实现。
首先，我们需要选择一个合适的单片机平台和相应的开发工具。
这里我们以STC89C52 单片机为例，采用Keil uVision5 作为开发环境。
在设计和实现bootloader 时，我们需要关注代码烧写流程。
一般来说，bootloader 的烧写过程可以分为以下几个步骤：1.下载程序到单片机：通过ISP（In-System Programming）或JTAG 接口将程序下载到单片机内部的非易失性存储器中。
2.跳转到bootloader 入口：单片机加电后，会从非易失性存储器中执行bootloader 的入口地址。
3.初始化硬件：bootloader 会对单片机内部和外部的硬件进行初始化，例如初始化时钟、复位和串口等。
4.烧写应用程序：bootloader 会将从串口接收到的应用程序代码烧写至单片机的程序存储器中。
5.跳转到应用程序入口：完成代码烧写后，bootloader 会跳转到应用程序的入口地址，开始执行。
基于Xilinx FPGA特点的嵌入式Bootloader设计与实现
基于Xilinx FPGA特点的嵌入式Bootloader设计与实现Bootloader程序是指嵌入式系统在正常工作之前，配置系统运行环境，引导操作系统的一小段程序。
通过这段程序，我们可以初始化硬件设备、建立内存空间映射等，从而将系统的软硬件环境带到一个合适的环境，为系统的正常运行做好准备。
对于不使用操作系统的嵌入式系统而言，应用程序的运行同样也需要依赖一个准备好的软、硬件环境，因此从这个意义上来讲，BootLoader程序对于嵌入式系统是必需的。
BootLoader程序与硬件系统密切相关，依赖于具体的嵌入式板级硬件设备的配置。
比如板卡的硬件地址配置、微处理器的类型和其他外设的类型等。
也就是说，即使是基于相同嵌入式微处理器构建的不同嵌入式目标板，BootLoader程序也不是完全通用的，仍需要修改其源程序。
与ARM等嵌入式系统的启动过程所不同的是，FPGA必须先将内部硬件逻辑配置完成之后，才能运行程序代码。
虽然可以直接将程序代码例化到片内BRAM中，但是由于FPGA 内部的BRAM资源有限，而且硬件逻辑配置时就会占用其中的资源，因此遇到大型系统设计时（例如带有TCP/IP协议的大型程序），片内BRAM资源不够，就必须使用外部的RAM来储存程序代码和堆栈，这就需要设计Bootloader程序来完成用户程序的引导。
本文结合Xilinx FPGA的特点详细给出了Bootloader程序设计和实现过程。
本设计所实现的Bootloader程序是在FPGA硬件配置完毕之后在MicroBlaze软核处理器上运行的一段启动代码，用来把Flash中的用户程序传输至外部RAM，并引导系统从用户程序中开始运行。
一、系统硬件平台的实现本设计的实现是以Xilinx公司的Spartan-3E FPGA、STMicroelectronics公司的SPI串行Flash（M25P16）、Micron Technology公司的DDR SDRAM （MT46V32M16）为主要器件构建硬件平台。
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。
bootloader的编写
bootloader的编写
编写一个bootloader是一个复杂的任务，需要了解计算机架构
和操作系统的启动过程。
以下是编写一个简单的x86 bootloader的基本步骤：
1. 确定引导扇区的位置：在硬盘的第一个扇区（通常是0号扇区）创建一个引导扇区。
这个扇区需要包含一个主引导记录（Master Boot Record，MBR），以便计算机可以正确地引导。
2. 编写MBR代码：MBR是引导扇区中的第一扇区，它包含
了启动计算机所需的你的代码。
MBR的大小为512字节，所
以你的代码必须小于或等于512字节。
3. 使用汇编语言：编写x86汇编语言代码来实现MBR的功能。
你需要了解x86指令集和寄存器的使用。
确保你的代码具有正确的引导标志，并设置正确的启动设备。
4. 编写启动代码：启动代码是你的汇编代码的一部分，它是在MBR中执行的。
启动代码负责加载进一步的代码和操作系统。
这段代码通常位于MBR的末尾，并将控制转移到加载的代码。
5. 加载操作系统：启动代码负责从硬盘上加载操作系统的剩余部分，然后将控制权交给操作系统。
需要注意的是，编写一个完整的、功能完备的bootloader涉及
到更多的细节和复杂性，包括读取硬盘、文件系统的支持、加
载器链等。
上述步骤仅为编写一个最基本的x86 bootloader提供了一个概览。
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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
4.1 考虑的原因 ◆ 硬件密切相关 不同操作系统BootLoader的功能相同，但实现 的功能相同， ◆ 不同操作系统 的功能相同 方式不同
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1.5 几种特殊的 几种特殊的BootLoader
◆ ◆ ◆ X86 BIOS BootLoader x86 Serial Boot Loader x86 ROM Boot Loader
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2 BootLoader的体系结构 的体系结构
2 BootLoader的体系结构 的体系结构
2.1 BooterLoader 的架构 2.2 BooterLoader 的支持库
www.tபைடு நூலகம்
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内容安排
3 BootLoader的代码的组件和执行流程 的代码的组件和执行流程
3.1 BooterLoader代码组件 代码组件 3.2 BooterLoader代码的执行流程 代码的执行流程
◆
OEM代码 代码
用户根据自己的平台特点编写或修改的代码 存放路径为： ● 存放路径为：
%_WINCEROOT%\Platform\<Hardware Platform Name>\Src\Eboot
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2.1 BooterLoader 支持库
微软提供的众多静态库中， 微软提供的众多静态库中，BootLoader中常用的有以下所 中常用的有以下所 述的四种
由两部分组成 ● OEM启动代码 启动代码
汇编编写，最先执行，完成对 时钟频率， 汇编编写，最先执行，完成对CPU时钟频率，内部寄 时钟频率 存器，高速缓存及其他一些硬件相关功能的初始化。 存器，高速缓存及其他一些硬件相关功能的初始化。
● OEM主代码 主代码
C语言编写，BootLoader的主要代码区，通常包含 语言编写， 的主要代码区， 语言编写 的主要代码区 镜像下载，串口调试， ），硬件监视器 镜像下载，串口调试，写Flash（可选），硬件监视器（可 （可选），硬件监视器（ 选）等几部分的代码
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1 BootLoader概述 概述
1.1 BootLoader的概念 的概念
◆ BootLoader的描述 的描述
初始化硬件、 操作系统内核运行前运行地一段小程序 。初始化硬件、建立 内存空间映射图， 的运行准备好正确的环境。 内存空间映射图，为OS的运行准备好正确的环境。带有 的运行准备好正确的环境 BootLoader的固态存储介质典型空间分配如图 所示 的固态存储介质典型空间分配如图1所示 的固态存储介质典型空间分配如图
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5 BootLoader的设计与实现 的设计与实现
以下设计过程中的代码均是以s3c2440BSP为例，平台是 为例， 以下设计过程中的代码均是以 为例 双实科技的sinosys-m3试验箱 双实科技的 试验箱
5.1 构建创建环境
为要新建的BootLoader创建一个新的目录，路径 创建一个新的目录， ● 为要新建的 创建一个新的目录 为：
5.2 startup函数的设计与实现 函数的设计与实现 5.3 主函数main的设计与实现 主函数 的设计与实现 5.4 控制流函数的设计与实现 5.5 调试函数的设计与实现 5.6 以太网控制器相关的函数 5.7 写FLASH函数的设计与实现 函数的设计与实现 5.8 镜像下载函数的设计与实现 5.9 时间相关函数的设计与实现 5.10 配置文件
完成对CPU的初始化，地址的映射，然后跳到main函数 的初始化，地址的映射，然后跳到 完成对 的初始化 函数
◆ Stage2
数据的重定位，平台的初始化（主要是各种外围模块）， 数据的重定位，平台的初始化（主要是各种外围模块）， 镜像的加载
整个BootLoader代码的执行过程，用交互图表示如下， 代码的执行过程，用交互图表示如下， 整个 代码的执行过程
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◆
Eboot库 库
存放路径： ● 存放路径：
%_WINCEROOT%\Public\Common\Oak\Drivers\Ethdbg\Eboot
功能： 提供DHCP、TFTP和UDP服务 ● 功能：为BooterLoader提供 提供 和 服务
◆ EDBG驱动 驱动
◆ BootLoader的功能 的功能
● 引导系统
● 加载操作系统 图1
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1.1 BootLoader的操作模式 的操作模式
◆ 启动加载模式
又叫自主模式， 又叫自主模式，BootLoader将预先存储在永久固态 将预先存储在永久固态 介质上的OS镜像加载到 镜像加载到RAM中运行。 中运行。 介质上的 镜像加载到 中运行
4 BootLoader开发前的硬件考虑 开发前的硬件考虑
4.1 考虑的原因 4.2 考虑的因素 4.3 基于s3c2440的sinosys的M3开发板 基于 的 的 开发板
5 BootLoader的设计与实现 的设计与实现
5.1 构建创建环境
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内容安排
◆ BootLoader引导模式 引导模式
◆
非BootLoader引导模式 引导模式
使用RESETVECTOR引导 ● 使用 引导 不使用RESETVECTOR引导 ● 不使用 引导
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1.4 BootLoader的功能特性 的功能特性
并非所有平台都支持下面列出的功能特性， 并非所有平台都支持下面列出的功能特性，但大部分特 性对所有平台来说都是有用的 ◆ BootLoader典型功能特性 典型功能特性
Windows CE操作系统 操作系统
BootLoader的设计与实现 的设计与实现
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内容安排
1 BootLoader概述 概述
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 BootLoader的概念 BootLoader的操作模式 的操作模式 嵌入式系统的引导模式 BootLoader的功能特性 的功能特性 几种特殊的BootLoader 几种特殊的
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BootLoader代码的控制流程如图 所示： 代码的控制流程如图3所示 代码的控制流程如图 所示：
图3
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2.1 BootLoader代码的执行流程 代码的执行流程 根据BootLoader的任务来划分，可将其代码的执行分 的任务来划分， 根据 的任务来划分 为两个阶段： 为两个阶段： ◆ Stage1
%_WINCEROOT%\Platform\<Hardware Platform Name>\Src\Eboot
这部分是被BLCommon库回调的代码 库回调的代码 这部分是被
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3 BootLoader的代码的组件和执行流程 的代码的组件和执行流程
2.1 BootLoader代码组件 代码组件
是一组以太网卡的驱动程序代码 存放路径： ● 存放路径：
%_WINCEROOT%\Public\Common\Oak\Drivers\Ethdbg
● 功能：提供常用以太网卡驱动，为BootLoader和OS的 功能：提供常用以太网卡驱动， 和 的 通信提供通用接口 下已有的驱动： ● WINCE5.0下已有的驱动： 下已有的驱动 NE2000、CS8900、RTL8139、SMC9000、 DEC21140等
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4.1 考虑的因素 支持对BootLoader的更新 ● 支持对 的更新 支持对BootLoader操作方式的切换 ● 支持对 操作方式的切换 提供足够的RAM或是 或是FLASH存储空间供调试 ● 提供足够的 或是 存储空间供调试 在开发启动代码的早期阶段， ● 在开发启动代码的早期阶段，提供调试指示 4.3 s3c2440的sinosys的M3开发板 的 的 开发板 ● 2MB的NOR FLASH 的 ● 64MB的NAND FLASH 的 ● 支持以太网卡 ● 支持串口 支持LED指示 ● 支持 指示
2.1 BooterLoader 的架构