基于S3C2410A的嵌入式系統(tǒng)的U[CD*2]Boot移植

摘 要:嵌入式系統(tǒng)中Bootloader的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)是非常重要的環(huán)節(jié),而Bootloader的引導(dǎo)程序中最常用且功能最強(qiáng)大的就是U[CD*2]Boot。詳細(xì)分析U[CD*2]Boot的基本工作原理和運(yùn)行流程,著重討論其基于S3C2410A芯片所搭建的在嵌入式系統(tǒng)上的移植。特別選取NAND FLASH作為硬件存儲(chǔ)設(shè)備,并實(shí)現(xiàn)NAND FLASH上的直接啟動(dòng), 完成嵌入式系統(tǒng)中U[CD*2]boot的移植和Linux系統(tǒng)內(nèi)核的引導(dǎo),有助于嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)。

關(guān)鍵詞:U[CD*2]Boot;引導(dǎo)程序;移植;S3C2410A

中圖分類號(hào):TP314

0 引 言

ARM嵌入式處理器已被廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子產(chǎn)品、無線通信、網(wǎng)絡(luò)通信和工業(yè)控制等領(lǐng)域。其中,ARM9的芯片更是以其低價(jià)格、低功耗、高性能在手持設(shè)備中占據(jù)著重要市場(chǎng)。在嵌入式操作系統(tǒng)中,Linux,Vxworks,WinCE三足鼎立,其中Linux由于其開源性、穩(wěn)定性、安全性、可裁減性更是一支獨(dú)放。在嵌入式系統(tǒng)中,如何實(shí)現(xiàn)在ARM9平臺(tái)下Linux操作系統(tǒng)的引導(dǎo)工作是嵌入式技術(shù)開發(fā)的重要環(huán)節(jié)。

1 嵌入式系統(tǒng)的軟件組成

1.1 系統(tǒng)的軟件組成

嵌入式的軟件系統(tǒng)主要由Bootloader、操作系統(tǒng)、文件系統(tǒng)、應(yīng)用程序等組成。其中,Bootloader是介于硬件和操作系統(tǒng)之間的一層,其作用就好像PC機(jī)中的BIOS。系統(tǒng)加電運(yùn)行后,由系統(tǒng)自動(dòng)加載。通過這段程序,可以初始化硬件設(shè)備,建立內(nèi)存空間的映射圖,從而將系統(tǒng)的硬件環(huán)境帶到一個(gè)合適的狀態(tài),以便為最終調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)核準(zhǔn)備好環(huán)境。對(duì)于一個(gè)嵌入式系統(tǒng),通常BootLoader是依賴于硬件而實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于不同類型的嵌入式芯片、不同的操作系統(tǒng)和外圍接口都需要重新移植、修改和編譯Bootloader。

1.2 U[CD*2]Boot分析

嵌入式Linux 系統(tǒng)中常用的Bootloader引導(dǎo)程序有U[CD*2]Boot,redboot,blob 和vivi 等,其中U[CD*2]Boot遵循GPL 條款的開放源碼項(xiàng)目,功能最為強(qiáng)大[3];U[CD*2] Boot對(duì)PowerPC系列處理器支持最豐富,同時(shí)還支持MIPS,x86,ARM,Nios,XScale等諸多常用系列的處理器;U[CD*2]Boot 引導(dǎo)程序分為Stage 1和Stage 2 兩大部分,Stage 1中主要包括設(shè)備初始化、中斷設(shè)置、時(shí)鐘設(shè)置和存儲(chǔ)器初始化等工作,并且采用匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn),而一些通用功能大多采用C 語(yǔ)言實(shí)現(xiàn),放在㏒tage 2中[4]。

2 U[CD*2]Boot的啟動(dòng)分析

Stage 1的代碼在CPU/arm920t/start.s 中定義,它包括從系統(tǒng)上電后在0x00000000 地址開始執(zhí)行的部分。這部分代碼系統(tǒng)啟動(dòng)后,從NAND FLASH自動(dòng)加載到SDRAM中,它包括對(duì)S3C2410A中寄存器的初始化和將U [CD*2] Boot 的Stage 2代碼從FLASH 拷貝到SDRAM。Stage 2的起始地址是在Stage 1代碼中指定的,被復(fù)制到SDRAM后,就從第一階段跳到這個(gè)入口地址,開始執(zhí)行剩余部分代碼。第二階段主要是對(duì)內(nèi)存的分配,對(duì)NAND FLASH以及對(duì)外圍設(shè)備的初始化,其代碼在lib[CD*2]arm/board.c中。

啟動(dòng)的流程分析如圖1所示。

3 U[CD*2]Boot 的移植方法

本文選用交叉編譯環(huán)境arm[CD*2]linux[CD*2]gcc[CD*2]2.95.3,選用U[CD*2]Boot[CD*2]1.1.4版本作為移植平臺(tái)。為了使U [CD*2]Boot支持新的開發(fā)板,一種簡(jiǎn)便的做法是在U [CD*2]Boot已經(jīng)支持的開發(fā)板中選擇一種與目標(biāo)板接近的,在其基礎(chǔ)上進(jìn)行修改。這里選用的是smdk2410的配置[9]。

3.1 修改cpu/arm920t/start.s文件

Start.s 是采用匯編語(yǔ)言編寫的U[CD*2]Boot 程序入口代碼,完成對(duì)底層硬件的初始化,其中有一個(gè)很重要的功能是從NAND FLASH中把Stage 2階段的代碼復(fù)制到SDRAM中[10]。在此階段,涉及到對(duì)NAND FLASH的讀操作,在U[CD*2]Boot中,沒有對(duì)NAND FLASH讀操作的驅(qū)動(dòng),采用以下方法實(shí)現(xiàn):

3.2 修改board/smdk2410 目錄下文件

(1) 增加對(duì)NANDFLASH的讀驅(qū)動(dòng)nand_read.c

(2) 在smdk2410.c文件中添加對(duì)NANDFLASH初始化的程序

在此主要是對(duì)主板的GPIO的一些設(shè)置,并加上對(duì)NANDFLASH初始化程序。

3.4 編譯與運(yùn)行

配置好以后,進(jìn)入U(xiǎn)[CD*2]Boot主目錄,重新編譯U[CD*2]Boot代碼,運(yùn)行命令:

(1) 查看交叉編譯器的版本號(hào)

(2) 清除生成的連接

(3) 編譯 make smdk2410_config

(4) make CROSS[CD*2]COMPILE=arm[CD*2]linux[CD*2]

編譯成功后,將生成三個(gè)文件:

u[CD*2]boot:ELF 格式的文件,可以被大多數(shù)Debug 程序識(shí)別。

u[CD*2]boot.bin:二進(jìn)制bin 文件,純碎的U[CD*2]Boot┒進(jìn)制執(zhí)行代碼,不保存ELF 格式和調(diào)試信息。這個(gè)文件用于燒到用戶的開發(fā)板中。

u[CD*2]boot.srec:Motorola S[CD*2] Record 格式,可以通過串口下載到開發(fā)板中。

將得到的u[CD*2] boot.bin 文件借助于FLASH 芯片燒寫工具,通過JTAG 口下載到目標(biāo)板后,檢查U[CD*2]Boot能否正常工作。如果能從串口輸出正確的啟動(dòng)信息,就表明移植基本成功。

4 結(jié) 語(yǔ)

目前筆者移植的U[CD*2]Boot已經(jīng)能穩(wěn)定地運(yùn)行在開發(fā)板上。U[CD*2]Boot 引導(dǎo)程序是嵌入式Linux 系統(tǒng)軟件開發(fā)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。在此通過分析U[CD*2]Boot 的代碼結(jié)構(gòu)和啟動(dòng)過程,并針對(duì)開發(fā)板系統(tǒng)的硬件資源,通過分析與調(diào)試,實(shí)現(xiàn)了U[CD*2]Boot 的移植,并且能夠引導(dǎo)嵌入式Linux 內(nèi)核和文件系統(tǒng),為今后進(jìn)一步開發(fā)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]陳文智.嵌入式系統(tǒng)開發(fā)原理與實(shí)踐[M].北京:清華大學(xué)出版社,2005.

[2]李夏.U[CD*2]Boot在S3C2410上的移植分析[J].微計(jì)算機(jī)應(yīng)用,2006(5):596[CD*2]600.

[3]楊建偉,楊燕翔.基于S3C2410處理器的Linux移植[J].信息技術(shù),2007(8):97[CD*2]100.

[4]馬忠梅,李善平.ARM9 &Linux; 嵌入式系統(tǒng)教程[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2004.

[5]孫天澤.嵌入式設(shè)計(jì)及Linux 驅(qū)動(dòng)開發(fā)指南[M].北京:電子工業(yè)出版社,2005.

[6]毛德操,胡希明.嵌入式系統(tǒng)[M].杭州:浙江大學(xué)出版社,2003.

[7]張進(jìn).U[CD*2]Boot的啟動(dòng)流程分析及移植步驟[J].電力自動(dòng)化設(shè)備,2005,25(7):68 [CD*2] 71.

[8]萬永波.基于ARM的嵌入式系統(tǒng)Boot Loader啟動(dòng)流程分析[J].微計(jì)算機(jī)信息,2005,21(2):90 [CD*2] 92.

[9]立宇泰電子有限公司.S3C2410A 中文數(shù)據(jù)手冊(cè)[EB/OL].http://www.hzlitai.com.cn.2007.

[10]Krim Yachmour.構(gòu)建嵌入式Linux系統(tǒng)[M].O′Reillywaiwan公司,譯.北京:中國(guó)電力出版社,2004.

作者簡(jiǎn)介 丁小俊 男,1981年出生,湖北武漢人,碩士研究生。研究方向?yàn)榍度胧较到y(tǒng)。