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ARM嵌入式處理器已被廣泛應用于消費電子產(chǎn)品、無(wú)線(xiàn)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、高性能在手持設備中占據著(zhù)重要市場(chǎng)。在嵌入式操作系統中，Linux，Vxworks，WinCE三足鼎立，其中Linux由于其開(kāi)源性、穩定性、安全性、可裁減性更是一支獨放。在嵌入式系統中，如何實(shí)現在A(yíng)RM9平臺下Linux操作系統的引導工作是嵌入式技術(shù)開(kāi)發(fā)的重要環(huán)節。 1 嵌入式系統的軟件組成 1．1 系統的軟件組成 嵌入式的軟件系統主要由Bootloader、操作系統、文件系統、應用程序等組成。其中，Bootloader是介于硬件和操作系統之間的一層，其作用就好像PC機中的BIOS。系統加電運行后，由系統自動(dòng)加載。通過(guò)這段程序，可以初始化硬件設備，建立內存空間的映射圖，從而將系統的硬件環(huán)境帶到一個(gè)合適的狀態(tài)，以便為最終調用操作系統內核準備好環(huán)境。對于一個(gè)嵌入式系統，通常BootLoader是依賴(lài)于硬件而實(shí)現的。對于不同類(lèi)型的嵌入式芯片、不同的操作系統和外圍接口都需要重新移植、修改和編譯Bootloader。 1．2 U-Boot分析 嵌入式Linux系統中常用的Bootloader引導程序有U-Boot，redboot，blob和vivi等，其中U-Boot遵循GPL條款的開(kāi)放源碼項目，功能最為強大；U-Boot對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-Boot引導程序分為Stage 1和Stage 2兩大部分，Stage 1中主要包括設備初始化、中斷設置、時(shí)鐘設置和存儲器初始化等工作，并且采用匯編語(yǔ)言實(shí)現，而一些通用功能大多采用C語(yǔ)言實(shí)現，放在Stage 2中。 2 U-Boot的啟動(dòng)分析 Stage 1的代碼在CPU／arm920t／start．s中定義，它包括從系統上電后在0x00000000地址開(kāi)始執行的部分。這部分代碼系統啟動(dòng)后，從NAND FLASH自動(dòng)加載到SDRAM中，它包括對S3C2410A中寄存器的初始化和將U-Boot的Stage 2代碼從FLASH拷貝到SDRAM。Stage 2的起始地址是在Stage1代碼中指定的。被復制到SDRAM后，就從第一階段跳到這個(gè)入口地址，開(kāi)始執行剩余部分代碼。第二階段主要是對內存的分配，對NAND FLASH以及對外圍設備的初始化，其代碼在lib-arm／board．C中。啟動(dòng)的流程分析如圖1所示。 (1)跳轉到C語(yǔ)言程序之后，首先定義初始化函數表，程序在lib-arm／board．e中，如下所示： (2)初始化FLASH設備和顯示FLASH設備信息； (3)初始化系統內存分配函數； (4)如果目標系統擁有NAND設備，則初始化NAND設備； (5)初始化顯示設備； (6)初始化網(wǎng)絡(luò )設備，填寫(xiě)IP地址、MAC地址等信息； (7)開(kāi)啟中斷處理； (8)進(jìn)入命令循環(huán)，接收用戶(hù)從串口的命令輸入。 3 U-Boot的移植方法 本文選用交叉編譯環(huán)境arm-linux-gcc-2．95．3，選用U-Boot-1．1．4版本作為移植平臺。為了使U-Boot支持新的開(kāi)發(fā)板，一種簡(jiǎn)便的做法是在U-Boot已經(jīng)支持的開(kāi)發(fā)板中選擇一種與目標板接近的，在其基礎上進(jìn)行修改。這里選用的是smdk2410的配置。 3．1 修改cpu／arm920t／start．S文件 Start．s是采用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的U-Boot程序入口代碼，完成對底層硬件的初始化，其中有一個(gè)很重要的功能是從NAND FLASH中把Stage 2階段的代碼復制到SDRAM中。在此階段，涉及到對NANDFLASH的讀操作，在U-Boot中，沒(méi)有對NANDFLASH讀操作的驅動(dòng)，采用以下方法實(shí)現： 通過(guò)調用board／smdk2410／nand_read．C中的nand_read_11函數將Stage 2階段的代碼復制到ram中。 3．2 修改board／smdk2410目錄下文件 (1)增加對NANDFLASH的讀驅動(dòng)nand_read．c (2)在smdk2410．C文件中添加對NANDFLASH初始化的程序 在此主要是對主板的GPIO的一些設置，并加上對NANDFLASH初始化程序。 (3)在該目錄下的Makefile文件中添加nand_read．C文件的編譯 OBJS：=smdk24 10．o FLASH．o nand_read．o 3．3 在include文件中設置NAND FLASH硬件參數 在／linux／mtd／nand_ids．h中設置參數： 3．4 編譯與運行 配置好以后，進(jìn)入U-Boot主目錄，重新編譯U-Boot代碼，運行命令： (1)查看交叉編譯器的版本號 arm-linux-gcc-v (2)清除生成的連接 Make distclean (3)編譯make smdk2410_config (4)make CROSS-COMPILE=arm-linux-編譯成功后，將生成三個(gè)文件： u-boot：ELF格式的文件，可以被大多數Debug程序識別。 u-boot．bin：二進(jìn)制bin文件，純碎的U-Boot二進(jìn)制執行代碼，不保存ELF格式和調試信息。這個(gè)文件用于燒到用戶(hù)的開(kāi)發(fā)板中。 u-boot．srec：Motorola S-Record格式，可以通過(guò)串口下載到開(kāi)發(fā)板中。 將得到的u-boot．bin文件借助于FLASH芯片燒寫(xiě)工具，通過(guò)JTAG口下載到目標板后，檢查U-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 語(yǔ) 目前筆者移植的U-Boot已經(jīng)能穩定地運行在開(kāi)發(fā)板上。U-Boot引導程序是嵌入式Linux系統軟件開(kāi)發(fā)中的一個(gè)重要環(huán)節。在此通過(guò)分析U-Boot的代碼結構和啟動(dòng)過(guò)程，并針對開(kāi)發(fā)板系統的硬件資源，通過(guò)分析與調試，實(shí)現了U-Boot的移植，并且能夠引導嵌入式Linux內核和文件系統，為今后進(jìn)一步開(kāi)發(fā)奠定了堅實(shí)的基礎。 |
