【文章內(nèi)容簡介】 潔性、可配置性和可移植性等特點。RedBoot集BootLoader、調(diào)試、Flash燒寫于一體，支持串口、網(wǎng)絡下載，執(zhí)行嵌入式應用程序。既可以用在產(chǎn)品的開發(fā)階段（調(diào)試功能），也可以用在最終的產(chǎn)品上（Flash更新、網(wǎng)絡啟動）。RedBoot支持下載和調(diào)試應用程序，開發(fā)板可以通過BOOTP/DHCP協(xié)議動態(tài)配置IP地址，支持跨網(wǎng)段訪問。用戶可以通過tftp協(xié)議下載應用程序和image，或者通過串口用xmodem/ymodem下載，在嵌入式系統(tǒng)應用中非常廣泛。（5）ARMboot。ARMboot是一個以ARM或StrongARM為內(nèi)核CPU的嵌入式系統(tǒng)的BootLoader固件程序，該軟件的主要目標是使新的平臺更容易被移植并且盡可能地發(fā)揮其強大性能。它只基于ARM固件，但是它支持多種類型的啟動，比如Flash，網(wǎng)絡下載通過bootp、dhcp、tftp等。它也是開源項目，可以從。//,它在ARM處理器方面應用非常廣泛。（6）DIY。DIY（Do It Youself），即自己制作。以上UBOOT、VIVI、Blob、RedBoot和ARMboot等成熟工具移植起來簡單快捷，但它們都存在著一定的局限性。首先，它們是面向大部分硬件的工具，在功能上要滿足大部分硬件的需求。一般情況下，我們只需要與特定的開發(fā)板相關的實現(xiàn)代碼，其他型號開發(fā)板的實現(xiàn)代碼對它來說是沒有用的，所以通常它們的代碼量較大。其次，它們在使用上不夠靈活。比如，在這些工具上添加自己的特有功能相對比較困難，必須熟悉該代碼的組織關系，以及了解它的配置編譯等文件。用DIY的方式自己編寫針對目標板的BootLoader不但代碼量短小，同時靈活性很大，最重要的是將來容易維護。因此，在實際嵌入式產(chǎn)品開發(fā)時大都選擇DIY的方式編寫B(tài)ootLoader。 UBOOT的簡介UBOOT的全稱為Universal Boot Loader，是遵循GPL（GNU General Public License）協(xié)議的開放源碼項目。該條款規(guī)定開發(fā)者必須開放源代碼，確保用戶可以自由地共享和修改軟件，目的是促進軟件知識的自由傳播。不少UBOOT源代碼就是相應的Linux內(nèi)核源程序的簡化，尤其是一些設備的驅(qū)動程序。UBOOT不僅支持嵌入式Linux系統(tǒng)的引導，還支持NetBSD，VxWorks，QNX，RTEMS，ARTOS，LynxOS等操作系統(tǒng)，所以本設計打算選用此Boot Loader。UBOOT源代碼是由多個目錄組成的GNU項目，在不同的目錄中按功能分類存放了C語言的代碼文件，其主要目錄結構如下：Board：UBOOT所支持目標開發(fā)板相關文件。主要包含SDRAM和Flash的驅(qū)動程序；Common與處理器體系結構無關的通用代碼，如內(nèi)存大小探測與故障檢測，；Cpu：與處理器相關的文件，如ARM920t子目錄下含S3C2410的串口、IIC接口和中斷初始化等文件。；Drivers：各種外設驅(qū)動程序；Doc：UBOOT的說明文檔；Include：頭文件目錄；Lib_XXX：處理器體系相關的文件，如lib_ppc，lib_arm目錄分別包含與PowerPC、體系結構相關的文件；Net：與網(wǎng)絡功能相關的文件目錄，如bootp，nfs，tftp等網(wǎng)絡協(xié)議。UBOOT支持多種CPU體系結構，但對于不同的CPU來說，整個啟動流程是類似的。下面介紹以ARM920T為架構的CPU啟動過程。UBOOT的啟動可以分為兩個階段：第一階段用匯編語言實現(xiàn)，負責初始化低層次的硬件，如CPU底層的寄存器和RAM等；第二階段用C語言實現(xiàn)，負責初始化較高級的外圍硬件接口，如串口、USB、網(wǎng)卡等，另外，通過C語言可實現(xiàn)更高級的應用，如命令行調(diào)試、網(wǎng)絡傳輸?shù)?。UBOOT整個程序的入口點位于cpu/ARM920T/，它用ARM匯編語言編寫，它是ARM上電啟動后執(zhí)行的第一段代碼，實現(xiàn)UBOOT的第一階段啟動。：定義程序入口設置異常向量初始化CPU底層部件搬移ROM的程序到RAM程序轉(zhuǎn)移到RAM上執(zhí)行 BootLoader啟動步驟 UBOOT的移植和修改步驟 UBOOT由Nand Flash啟動概述UBOOT支持從NOR Flash啟動，本設計用的是Nand Flash因為Nand Flash的價格相對便宜。為了解決Nand Flash不能直接本地讀取數(shù)據(jù)的問題，本系統(tǒng)需要對UBOOT進行修改，使得啟動代碼能被存儲在Nand Flash中也能正常運行。S3C2410本身也針對從Nand Flash啟動的方案采取了相應的措施。它在Nand Flash控制器端采用了4KB的內(nèi)部緩沖區(qū)，CPU上電后會把Nand Flash的前4KB代碼自動轉(zhuǎn)移到內(nèi)部緩沖中執(zhí)行。通過OM【1：0】信號跳線可以選擇是否啟用該啟動方式:OM【1：0】=00時處理器從Nand Flash啟動；OM【1：0】=01時處理器從16位寬的rom啟動；OM【1：0】=10時處理器從32位寬的rom啟動；OM【1：0】=11時測試模式的rom啟動；當使用Nand Flash啟動時，4KB的內(nèi)部緩沖區(qū)會被映射到0x0地址，此地址存放了CPU上電后的第一條指令。，要跳過之前介紹的“搬移ROM中的程序到RAM”那一步，然后插入自己修改的NAND啟動代碼。本設計中，UBOOT調(diào)試用到的硬件和功能主要有一個串口，DM9000E網(wǎng)卡支持tftp下載，工作頻率為200M的S3C2410處理器，JTAG口燒寫UBOOT映像文件，1片4M*16位數(shù)據(jù)寬度的Nand Flash地址范圍為0x01000000~0x01800000和1片32MB16位SDRAM位數(shù)據(jù)寬度的SDRAM地址范圍為0x30000000~0x32000000。Flash使用了2410處理器的BANK0單元。 UBOOT基本配置移植步驟本設計采用UBOOT ，代碼修改的步驟如下：(1) 在UBOOT ：unconfig,其中的參數(shù)意思arm:CPU的架構。ARM920t：CPU的類型；(2) 建立自己開發(fā)板所需目錄、文件配置文件。1. 建立board/my2410目錄，拷貝board/smdk2410下的文件到board/my2410目錄，2. 修改my2410目錄下的Makefile文件，將OBJS= 修改為OBJS= include/configs/ include/configs/(3)排除編譯器問趔。修改cpu/ARM920t/+=$(call ccoption,mapcs32,mabi=apcsgnu)改為: cpu/ARM920t/+=$(call ccoption,mapcs32,$(call ccoption,mabi=apcsgnu))(4)修改include/configs/define CFG_PROMPT “my2410” /*我自己UBOOT的調(diào)試平臺名字*/define CONFIG_BOOTDELAY /*自動啟動時間為3秒*/define CONFIG_BOOTARGS “noinitrd root=/dev/mtdblock/3 init=linuxrc console=ttyS0” /*Nand Flash 第三分區(qū),串口0,Linux ,也可以不設,在移植后用Nand Flash的命令再設置*/ UBOOT對Nand Flash命令的支持由于UBOOT調(diào)試要用到一些Nand Flash命令，如對設置一些參數(shù)保存要用到nand write對參數(shù)的保存到Nand Flash中要用nand save命令等，所以要在UBOOT中加入一些命令。步驟如下：（1）在include/configs/。（2) 在include/linux/mtd/。（3）加入對Samsung K9F1208U0B Nand Flash的基本宏定義。（4）在lib_arm/ Flash初始化函數(shù)extern ulong nand_probe(ulong physadr)。S3C2410被配置成從NAND閃存啟動，上電后，S3C2410的NAND閃存控制器會自動把NAND閃存中的前4K數(shù)據(jù)搬移到內(nèi)部RAM中,并把0X00000000設置為內(nèi)部RAM的起始地址,CPU從內(nèi)部RAM的0X00000000位置開始啟動。因此要把最核心的啟動程序放在NAND閃存的前4K中。由于NAND閃存控制器從NAND閃存中搬移到內(nèi)部RAM的代碼是有限的,所以,在啟動代碼的前4K里,必須完成S3C2410的核心配置,并把啟動代碼的剩余部分搬到RAM中運行。在UBOOT中,前4K完成的主要工作就是U0BOOT啟動的第一個階段（stage1）。根據(jù)UBOOT的執(zhí)行流程圖，可知要實現(xiàn)從NAND閃存中啟動UBOOT首先需要初始化NAND閃存,并從NAND閃存中把UBOOT搬移到RAM中,最后需要讓UBOOT支持,NAND閃存的命令操作。 Nand Flash環(huán)境參數(shù)的設置UBOOT默認從NOR FLASH啟動，此時環(huán)境參數(shù)可以存放在NOR FLASH中，也可以存放在NAND FLASH中。在NOR FLASH中時,參數(shù)的存儲位置由CFG_ENV_ADDR決定。此外必須有CFG_ENV_IS_IN_FLASH、CFG_ENV_SIZE這兩個宏定義。如果UBOOT從NAND FLASH啟動，由于從NAND FLASH啟動時S3C2410內(nèi)部的4K SRAM被影射到Ngcso,故此時NOR FLASH是無效,也不能對NOR FLASH進行操作。因此環(huán)境變量是不能存儲在NOR FLASH上,此時只能將環(huán)境變量存儲到NAND FLASH中。/*define CFG_ENV_IS_IN_FLASH 1 */ /*注釋掉此行,添加下面三行*/define CFG_ENV_IS_IN_NAND 1define CFG_ENV_OFFSET 0xf0000define CFG_ENV_SIZE 0x10000由于uBOOT默認條件下是不傳遞環(huán)境參數(shù)到LINUX內(nèi)核的TAG區(qū)(默認從0X30000100開始),為了能夠用UBOOT引導LINUX內(nèi)核,必須定義以下配置,把信息傳入LINUX核心。define CONFIG_SETUP_MEMORY_TAGSdefine CONFIG_INITRD_TAGdefine CONFIG_CMDLINE_TAG Linux內(nèi)核移植??結合系統(tǒng)的硬件要求，需要對內(nèi)核的適當配置，主要的修改包括了根目錄和arch/arm/boot等目錄下的Makefile分別針對Nand Flash、LCD驅(qū)動、USB主機驅(qū)動、啟動掛載devfs支持文件系統(tǒng)、Cramfs，Yaffs文件系統(tǒng)的支持以及聲音系統(tǒng)的支持進行源代碼的修改。對內(nèi)核進行配置就是對其硬件進行裁剪，通過導入與S3C2410接近SMDK2410的默認配置可以簡化其配置過程。S3C2410的默認配置在kernal/arch/arm/defconfigs/。先進行手動裁剪,再進入圖形配置界面配置。 LCD驅(qū)動分析和修改S3C2410本身具有LCD控制器接口,通過設置該部分的寄存器可以比較方便地對液晶顯示屏進行控制,這樣也大大簡化了顯示驅(qū)動程序的設計。Linux對LCD是以字符設備方式加以訪問和管理的，它把要顯示的數(shù)據(jù)一字節(jié)一字節(jié)地送往LCD控制器。 配置圖形手動修改后，再終端輸入命令make menuconfig進入內(nèi)核配置畫面，選擇相關的選項之后保存退出。（1）make menuconfig：該命令用來調(diào)用圖形化菜單式的配置內(nèi)核界面。這種配置方法比用命令行方式更有效率。配置對SCSI設備的支持。在Linux中，大多數(shù)USB驅(qū)動程序會“鉤住”另外一個驅(qū)動系統(tǒng)。經(jīng)過以上配置并編譯后，對于USB存儲設備來說，一些關鍵的驅(qū)動模塊會被編譯進內(nèi)核。；；。在加載了以上模塊后，當插入U盤時系統(tǒng)中就會出現(xiàn)一個SCSI硬盤，通過正確地掛載操作則可以使用該U盤。（2）make depend：此命令用于為Linux項目產(chǎn)生，depend文件。當編譯一個龐大的項目時，如果沒有depend文件，編譯器就無法判斷出文件之間的依賴關系，這樣會造成大量的重復編譯，甚至使編譯無法正常進行。所以，在每次增加源代碼頭文件時，都必須運行一次“make depend“以更新各目標文件的依賴關系。（3）make zImage：編譯器按照之前的配置選項生成Linux內(nèi)核的機器代碼映像，其中“zImage”是經(jīng)過壓縮并可以自解壓的代碼映像。（4）下載，用UBOOT進行下載。 文件系統(tǒng)的創(chuàng)建在嵌入式Linux中，文件系統(tǒng)可分為根文件系統(tǒng)和子文件系統(tǒng)。根文件系統(tǒng)包含基本的操作系統(tǒng)命令和維護工具，啟動時需要根文件系統(tǒng)來掛載，通常在系統(tǒng)建立后無需作出改動，每次啟動都會恢復到原始的狀態(tài)，這樣有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定性，即使用戶進行了錯誤操作也不至于對操作系統(tǒng)造成永久破壞；子文件系統(tǒng)通常是適合對嵌入式存儲介質(zhì)頻繁進行讀寫操作的文件系統(tǒng)，用于保存經(jīng)常需要修改的數(shù)據(jù)。常用的文件系統(tǒng)包括ROMfs，JFFS2，Yaffs，ETX2，NFS，Cramfs等。本設計用到的Cramfs（Compressed RAM File System）作為根文件系統(tǒng)，是為壓縮式文件系統(tǒng)，特點是數(shù)據(jù)可經(jīng)過壓縮而保存在ROM中，經(jīng)過修改的數(shù)據(jù)在掉電或重啟后不會被保留，而是恢復到原始狀態(tài)；并且在讀取數(shù)據(jù)時選擇性讀取，可大大節(jié)省內(nèi)存資源。本設計還用到y(tǒng)affs（Yet Another Flash File System）子文件系統(tǒng)，它是一種日志結構的文件系統(tǒng)，專門為Nand Flash設計的，其速度快、占用內(nèi)存少且易于移植，還為Nand Flash供寫均衡和垃圾收集等底層操作，能有效地降低Flash出現(xiàn)壞塊的幾率。根文件系統(tǒng)是存放運行、維護系統(tǒng)的Busybox、庫文