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Bootloader是嵌入式系統軟件開(kāi)發(fā)的第一個(gè)環(huán)節，它緊密地將軟硬件銜接在一起，對于一個(gè)嵌入式設備后續的軟件開(kāi)發(fā)至關(guān)重要。Blob是一款功能強大的Bootloader，S3C44B0是三星公司一款基于ARM7TDMI的嵌入式通用處理器。本文詳細介紹Blob在基于S3C44B0的開(kāi)發(fā)板上的運行原理與移植過(guò)程。 Bootloader對于嵌入式設備來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，它涉及到許多硬件相關(guān)的知識。對于自制的嵌入式開(kāi)發(fā)板，它又是不可跳過(guò)的步驟，所以很多人對于它感到很頭痛。本文將以一款優(yōu)秀的Bootloader Blob為例，詳細講解它的運行原理以及在S3C44B0通用處理器上的移植過(guò)程，為在嵌入式設備上的后續軟件開(kāi)發(fā)打下基礎。 1 Blob簡(jiǎn)介 Blob是Boot Loader Object的縮寫(xiě)，是一款功能強大的Bootloader。它遵循GPL，源泉代碼完全開(kāi)放。Blob既可以用來(lái)簡(jiǎn)單的調試，也可以啟動(dòng)Linux kernel。Blob最初是Jan-Derk Bakker和Erik Mouw為一塊名為L(cháng)ART（Linux Advanced Radio Terminal)的板子寫(xiě)的，該板使用的處理器是StrongARM SA-1100�，F在Blob已經(jīng)被移植到了很多CPU上，包括S3C44B0。 MBA44B0是一款基于S3C44B0的開(kāi)發(fā)板。本文將以運行在MBA44B0開(kāi)發(fā)板上的Blob的源代碼為基礎，再針對自己的開(kāi)發(fā)板進(jìn)行Blob的移植。 開(kāi)發(fā)板的主要配置為： *三星ARM7處理器S3C44B0； *2MB的Flash，地址范圍0x0000 0000～0x0020 0000; *8MB的SDRAM，地址范圍0x0c00 0000～0x0c80 0000; *1個(gè)串口，2個(gè)LED燈； *JTAG接口； *晶振為6MHz，系統主頻為60MHz。 2 Blob的運行過(guò)程分析 圖1為Blob程序啟動(dòng)流程 Blob編譯后的代碼定義最大為64KB，并且這64KB又分成兩個(gè)階段來(lái)執行。第一階段的代碼在start.s中定義，大小為1KB，它包括從系統上電后在0x00000000地址開(kāi)始執行的部分。這部分代碼運行在Flash中，它包括對S3C44B0的一些寄存器的初始化和將Blob第二階段代碼從Flash拷貝到SDRAM中。除去第一階段的1KB代碼，剩下的部分都是第二階段的代碼。第二階段的起始文件為trampoline.s，被復制到SDRAM后，就從第一階段跳到這個(gè)文件開(kāi)始執行剩余部分代碼。第二階段最大為63KB，單詞trampoline詞義為“蹦床”，所以在這個(gè)程序中進(jìn)行一些BSS段設置，堆棧的初始化等工作后，最后跳轉到main.c進(jìn)入C函數。 我們的移植主要需要對上述的幾個(gè)文件進(jìn)行修改。在進(jìn)行移植以前，首先需要對存儲器的地址空間分配了解清楚。關(guān)于存儲器空間的定義在/include/blob arch/mba44b0.h中。 圖2為在Flash中的存儲器空間分布，圖3為啟動(dòng)后在SDRAM中的存儲器空間分布。 如圖2所示，2MB的Flash空間分別分配給出Blob、kernel、ramdisk。系統上電后，先執行第一階段代碼，進(jìn)行相應的初始化后，將Blob第二階段代碼復制的RAM地址bloc_abs_base，然后跳轉到第二階段開(kāi)始執行。 在第二階段中，從匯編跳轉到C的Main()函數，繼續進(jìn)行如下工作： *外圍的硬件初始化（串口，USB等）； *從Flash中將kernel加載到SDRAM的kernel區域； *從Flash中的ramdisk加載到SDRAM的ramdisk區域； *根據用戶(hù)選擇，進(jìn)入命令行模塊或啟動(dòng)kernel。 在我們使用的開(kāi)發(fā)板上，kernel選用uClinux。由于Flash的存儲空間有限，所以存放在Flash中的uClinux內核是經(jīng)過(guò)壓縮的。Blob將壓縮的uClinux內核加載到SDRAM地址0x0C300000。如果選擇啟動(dòng)uClinux，那么壓縮的uClinux內核將自解壓.Text段到0x0c00800(見(jiàn)uClinux/arch/armnommu/Makefile)，然后再跳轉到核處，開(kāi)始運行uClinux。具體的uClinux移植在此就不詳細討論了。 在SDRAM的存儲器空間分配圖中，可以看到有blob_base和blob_abs_base兩部分。blob_abs_base大家已經(jīng)知道了，是Blob將自身的第二階段代碼復制到SDRAM所在的區域，而blob_base則是從Blob進(jìn)行自升級或調試的區域。舉例說(shuō)明，假如Blob已經(jīng)能正常運行了，但是對于Flash的擦寫(xiě)還不能支持得很好，就可以使用已經(jīng)運行的Blob通過(guò)串口將所新編譯好的Blob下載到SDRAM中該區域進(jìn)行運行調試。調試通過(guò)后，可以通過(guò)Blob燒寫(xiě)進(jìn)Flash，覆蓋原來(lái)的Blob進(jìn)行升級。這樣就不必因為對Blob做了一點(diǎn)小的改動(dòng)就重新燒寫(xiě)Flash，從而減少了燒寫(xiě)Flash的次數。 3 Blob的移植 對Blob的運行有了一定了解后，就可以進(jìn)行Blob的具體移植了。首先要修改的start.s文件，具體工作如下： *屏蔽掉看門(mén)狗WTCON； *配置寄存器SYSCFG暫時(shí)關(guān)閉緩存，等Blob運行穩定后再開(kāi)啟提高性能； *初始化I/O寄存器； *屏蔽中斷； *配置PLLCON寄存器，決定系統的主頻； *調用ledasm.s，在串口未初始化時(shí)led狀態(tài)對于程序是否正常運行很重要； *調用memsetup-s3c44b0.s中的memsetup進(jìn)行初始化存儲器空間，初始化SDRAM刷新速率等； *將第二階段復制到SDRAM，并且跳轉到第二階段。 在ledasm.s中，提供了led的匯編的語(yǔ)言驅動(dòng)程序。在Blob還有個(gè)led.c文件，它和ledasm.s原理一樣，只不過(guò)是在C語(yǔ)言中調用的。修改led是為了方便初期階段的調試。在這里根據自己的開(kāi)發(fā)板進(jìn)行修改。 在memsetup-s3c44b0.s中，修改MEMORY_CONFIG中設置存儲器相關(guān)的配置，并設定SDRAM刷新速度，相關(guān)源碼如下所示： MEMORY_CONFIG： .long 0x11101002 /*進(jìn)行存儲器的配置，SDRAM刷新速度配置等*/ … /*這里需要根據不同情況進(jìn)行修改*/ .long 0x20 .globl memsetup /*定義全局標號，以便能被start.s調用*/ memsetup: ldr r0,=MEMORY_CONFIG /*進(jìn)行配置*/ ldmia r0,{r1-r13} ldr r0,=0x01c80000 stmia r0,{r1-r13} mov pc,lr /*程序返回*/ Trampoline.s不需要進(jìn)行修改。 進(jìn)入Main()后，串口傳輸速度在結構體blob_status中設定： blob_status.downloadSpeed=baud_115200; blob_status.terminalSpeed=baud_115200; 串口的初始化相關(guān)代碼定義在函數s3c44b0_serial_init()中，該函數在serial-s3c44b0.c中。對于S3C44B0的串口，一般只需要初始化下面四個(gè)寄存器串口就可以正常工作。如果不能工作，可能是系統時(shí)鐘設置不同，只需要按照下列公式計算出divisor： divisor=(int)(MCLK/(baud%26;#215;16)) -1 替換下面的divisor即可。其中MCLK為系統主頻，baud為波特率。 /*serial-s3c44b0.c中中s3c44b0_serial_init()函數初始化串0部分*/ REG（UFCON0）=0x0；/*關(guān)閉FIFO*/ REG（ULCON0）=0x03;/*設置數據位8，無(wú)奇偶校驗，1位停止位*/ REG（UCON0）=0x0；/*脈沖中斷，中斷請求或查詢(xún)模式*/ REG（UBRDIV0）=divisor;/*設置波特率*/ 至此，初級移植工作已經(jīng)完成，運行./configure ith-board=mba-44b0-with-linux-prefix=/path/to/linux-src進(jìn)行相關(guān)配置。在此還可以加一些開(kāi)關(guān)選項進(jìn)行配置，具體請參閱Blob自帶文檔。如果沒(méi)有錯誤，就可以make進(jìn)行編譯了。如果編譯正確，可在blob/src/blob下得到bin格式的Blob，將其燒寫(xiě)到Flash即可運行。關(guān)于Blob第一部分和第二部分的鏈接腳本，可以在start-ld-script和rest-ld-script.in中看到相關(guān)的鏈接地址，編譯器是根據這些地址鏈接程序的。在blob/src/blob/Makefile中可以看到，兩個(gè)階段分別以blob-start和blob-rest來(lái)編譯，最后通過(guò)dd命令將它們組成一個(gè)完事的Blob二進(jìn)制文件。 （1）命令行的修改 在筆者使用的Blob版本中，BackSpace不能起作用，這對于調試非常的不方便。查閱源碼，可以發(fā)現在src/blob/lib/command.c中，GetCommand函數中定義著(zhù)人機交互部分。將else if(c==""這一行修改為else if(c==0x7f),即可支持Backspace功能。 （2）Blob的運行 如果在前面的工作中沒(méi)有什么問(wèn)題的話(huà)，將blob/src/blob/blob文件燒寫(xiě)進(jìn)Flash后，上電就可以從串口看到歡迎信息。加載linux內核和文件系統的后，等待幾秒，如果沒(méi)有操作，將啟動(dòng)操作系統，否則出現提示符： Blob> 表示進(jìn)入Blob。在該模式下提供了許多命令，可以方便地進(jìn)行硬件調試、系統升級和系統引導。 Blob常用的命令有：blob、boot、xdownload、flashreload、dump、reblob、status等。 不同的Flash操作有所不同。筆者發(fā)現通過(guò)Blob燒寫(xiě)Flash的軟件有些問(wèn)題，為了調試方便，決定編寫(xiě)自已的Flash驅動(dòng)程序。 （3）Flash驅動(dòng)程序的編寫(xiě) Flash作為非易失性的存儲器，在開(kāi)發(fā)板上的作用是能保存數據且掉電不丟失。和EPROM最大的不同在于，對Flash編程不需要對特定的引腳加高電平，只是對特定地址寫(xiě)入一組特定的數據即可進(jìn)行編程，這樣就直接在開(kāi)發(fā)板上通過(guò)軟件進(jìn)行擦寫(xiě)，不必使用特定的編程器。但是它的缺點(diǎn)也是很明顯的：操作過(guò)于復雜，SST39VF160是SST公司的一款16M位的Flash，16位數據線(xiàn)寬度，共2MB容量，分為512個(gè)扇區，每個(gè)扇區有4KB，或32個(gè)塊（block），每個(gè)塊64KB。對Flash編程之前，必須對相應的扇區、塊或者整個(gè)芯片進(jìn)行擦除后，才能進(jìn)行編程。 通過(guò)S3C44B0進(jìn)行Flash的燒寫(xiě)需要注意幾點(diǎn)：首先，S3C44B0外部地址總線(xiàn)是根據外部數據總線(xiàn)寬度連接的。例如，本開(kāi)發(fā)板外部數據總線(xiàn)為16位寬度，這樣S3C44B0的地址線(xiàn)A0就沒(méi)有接入外部地址總線(xiàn)，而是從A1接起。 對Flash編程需要對Flash寫(xiě)入一個(gè)特定的時(shí)序。如果S3C44B0尋址0x5555，由于外部總線(xiàn)錯了一位，這樣在Flash看來(lái)發(fā)過(guò)來(lái)的地址信號是0xAAAA，也就不能正確地完成操作。注意到這一點(diǎn)，根據Blob自帶的Flash驅動(dòng)程序，就可以很方便地改寫(xiě)出適合自己Flash驅動(dòng)程序。 結語(yǔ) 根據筆者經(jīng)驗介紹了Blob在S3C44B0上的移植，目前它已經(jīng)能穩定地運行在開(kāi)發(fā)板上；并且可以進(jìn)行燒寫(xiě)Flash，查看內存，引導uClinux等操作，為項目的后續開(kāi)發(fā)奠定了良好的基礎。 |
