1.2.1 Bootloader启动过程
Bootloader在运行过程中虽然具有初始化系统和执行用户输入的命令等作用,但它最根本的功能就是为了启动 Linux 内核。
1 、Bootloader的概念和作用
Bootloader 是嵌入式系统的引导加载程序,它是系统上电后运行的第一段程序,其作用类似于 PC 机上的 BIOS。在完成对系统的初始化任务之后,它会将非易失性存储器(通常是Flash或DOC等)中的Linux 内核拷贝到 RAM 中去,然后跳转到内核的第一条指令处继续执行,从而启动 Linux 内核。由此可见,Bootloader 和 Linux 内核有着密不可分的联系,要想清楚的了解 Linux内核的启动过程,我们必须先得认识 Bootloader的执行过程,这样才能对嵌入式系统的整个启动过程有清晰的掌握。
2 、Bootloader的执行过程
不同的处理器上电或复位后执行的第一条指令地址并不相同,对于 ARM 处理器来说,该地址为 0x00000000。对于一般的嵌入式系统,通常把 Flash 等非易失性存储器映射到这个地址处,而 Bootloader就位于该存储器的最前端,所以系统上电或复位后执行的第一段程序便是Bootloader。而因为存储 Bootloader的存储器不同,Bootloader的执行过程也并不相同,下面将具体分析。
嵌入式系统中广泛采用的非易失性存储器通常是 Flash,而 Flash 又分为 Nor Flash 和Nand Flash 两种。 它们之间的不同在于:Nor Flash 支持芯片内执行(XIP, eXecute In Place),这样代码可以在Flash上直接执行而不必拷贝到RAM中去执行。而Nand Flash并不支持XIP,所以要想执行 Nand Flash 上的代码,必须先将其拷贝到 RAM中去,然后跳到 RAM 中去执行。
3、Bootloader的功能
实际应用中的 Bootloader根据所需功能的不同可以设计得很复杂,除完成基本的初始化系统和调用 Linux 内核等基本任务外,还可以执行很多用户输入的命令,比如设置 Linux 启动参数,给 Flash 分区等;也可以设计得很简单,只完成最基本的功能。但为了能达到启动Linux 内核的目的,所有的 Bootloader都必须具备以下功能:
(1)、初始化 RAM
(2)、初始化串口
串口在 Linux 的启动过程中有着非常重要的作用,它是 Linux内核和用户交互的方式之一。Linux 在启动过程中可以将信息通过串口输出,这样便可清楚的了解 Linux 的启动过程。虽然它并不是 Bootloader 必须要完成的工作,但是通过串口输出信息是调试Bootloader 和Linux 内核的强有力的工具,所以一般的 Bootloader 都会在执行过程中初始化一个串口做为调试端口。
(3)、检测处理器类型
Bootloader在调用 Linux内核前必须检测系统的处理器类型,并将其保存到某个常量中提供给 Linux 内核。Linux 内核在启动过程中会根据该处理器类型调用相应的初始化程序。
(4)、设置 Linux启动参数
Bootloader 在执行过 中必须设置和初始化 Linux 的内核启动参数。目前传递启动参数主要采用两种方式:即通过 struct param_struct 和struct tag(标记列表,tagged list)两种结构传递。struct param_struct 是一种比较老的参数传递方式,在 2.4 版本以前的内核中使用较多。从 2.4 版本以后 Linux 内核基本上采用标记列表的方式。但为了保持和以前版本的兼容性,它仍支持 struct param_struct 参数传递方式,只不过在内核启动过程中它将被转换成标记列表方式。标记列表方式是种比较新的参数传递方式,它必须以 ATAG_CORE 开始,并以ATAG_NONE 结尾。中间可以根据需要加入其他列表。Linux内核在启动过程中会根据该启动参数进行相应的初始化工作。
(5)、调用 Linux内核映像
Bootloader 完成的最后一项工作便是调用 Linux内核。如果 Linux 内核存放在 Flash 中,并且可直接在上面运行(这里的 Flash 指 Nor Flash),那么可直接跳转到内核中去执行。但由于在 Flash 中执行代码会有种种限制,而且速度也远不及 RAM 快,所以一般的嵌入式系统都是将 Linux内核拷贝到 RAM 中,然后跳转到 RAM 中去执行。
不论哪种情况,在跳到 Linux 内核执行之前 CPU的寄存器必须满足以下条件:r0=0,r1=处理器类型,r2=标记列表在 RAM中的地址。