【正文】 U 來說，第一條指令從 0x00000000 開始執(zhí)行。在嵌入式開發(fā)板中需要把存儲器件 ROM 或者 Flash 映射到這個地址，而在這個地址處通常安排的是系統(tǒng)地 BootLoader。 簡單地說， 引導(dǎo)程序 就是在操作系統(tǒng)內(nèi)核運行之前運行的一段小程序。通過這段小程序，我們可以初始化硬件設(shè)備、建立內(nèi)存空間的映射圖，從而將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境帶到一個合 適的狀態(tài)，以便為最終調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)核準備好正確的環(huán)境。 通常， 引導(dǎo)程序 是嚴重地依賴于硬件而實現(xiàn)的，特別是在嵌入式世界。因此，在嵌入式世界里建立一個通用的 引導(dǎo)程序 幾乎是不可能的。盡管如此，我們?nèi)匀豢梢詫?引導(dǎo)程序 歸納出一些通用的概念來，以指導(dǎo)用戶特定的 引導(dǎo)程序 設(shè)計與實現(xiàn) [9]。 引導(dǎo)程序 所支持的 CPU 和嵌入式板。每種不同的 CPU 體系結(jié)構(gòu)都有不同的 引導(dǎo)程序 。有些 引導(dǎo)程序 也支持多種體系結(jié)構(gòu)的 CPU，比如 UBoot 就同時支持 ARM 體系結(jié)構(gòu)和 MIPS 體系結(jié)構(gòu)。除了依賴于 CPU 的體系結(jié)構(gòu)外， 引導(dǎo)程序 實際上也 依賴于具體的嵌入式板級設(shè)備的配置 [10]。這也就是說，對于兩塊不同的嵌入式板而言，即使它們是基于同一種 CPU 而構(gòu)建的，要想讓運行在一塊板子上的 引導(dǎo) 程序也能運行在另一塊板子上，通常也都需要修改 引導(dǎo) 程序。 引導(dǎo)程序 的安裝媒介（ Installation Medium）。系統(tǒng)加電或復(fù)位后，所有的 CPU 通常都從某個由 CPU 制造商預(yù)先安排的地址上取指令。比如，基于 ARM7TDMI core 的 CPU 在復(fù)位時通常都從地址 0x00000000 取它的第一條指令 [11]。而基于 CPU 構(gòu)建的嵌入式系統(tǒng)通常都有某種類型的固態(tài)存儲設(shè)備 (比如： ROM、 EEPROM 或 FLASH 等 )被映射到這個預(yù)哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 13 先安排的地址上。因此在系統(tǒng)加電后， CPU 將首先執(zhí)行 Boot Loader 程序。 用來控制 引導(dǎo)程序 的設(shè)備或機制。主機和目標機之間一般通過串口建立連接， 引導(dǎo)程序 軟件在執(zhí)行時通常會通過串口來進行 I/O，比如：輸出打印信息到串口，從串口讀取用戶控制字符等。 引導(dǎo)程序 的啟動過程是單階段（ Single Stage）還是多階段。通常多階段的 引導(dǎo)程序 能提供更為復(fù)雜的功能，以及更好的可移植性 [12]。從固態(tài)存儲設(shè)備上啟動的 引導(dǎo)程序 大多都是 2 階段 的啟動過程，也即啟動過程可以分為 stage 1 和 stage 2 兩部分 [13]。 引導(dǎo)系統(tǒng) 的操作模式 (Operation Mode)大多數(shù) 引導(dǎo)程序 都包含兩種不同的操作模式： 啟動加載 模式和 下載 模式，這種區(qū)別僅對于開發(fā)人員才有意義。但從最終用戶的角度看， 引導(dǎo)系統(tǒng) 的作用就是用來加載操作系統(tǒng)，而并不存在所謂的啟動加載模式與下載工作模式的區(qū)別。啟動加載（ Boot loading）模式：這種模式也稱為 “ 自主 ” （ Autonomous）模式。也即 Boot Loader 從目標機上的某個固態(tài)存儲設(shè)備上將操作系統(tǒng)加載 到 RAM 中運行，整個過程并沒有用戶的介入 [14]。這種模式是 引導(dǎo)程序 的正常工作模式，因此在嵌入式產(chǎn)品發(fā)布的時侯， 引導(dǎo)系統(tǒng) 顯然必須工作在這種模式下。下載（ Downloading）模式：在這種模式下，目標機上的 引導(dǎo)程序 將通過串口連接或網(wǎng)絡(luò)連接等通信手段從主機（ Host）下載文件，比如：下載內(nèi)核映像和根文件系統(tǒng)映像等。從主機下載的文件通常首先被 引導(dǎo)程序保存到目標機的 RAM 中，然后再被 引導(dǎo)系統(tǒng) 寫到目標機上的 FLASH 類固態(tài)存儲設(shè)備中 [15]。 引導(dǎo)程序 的這種模式通常在第一次安裝內(nèi)核與根文件系統(tǒng)時被使用；此外， 以后的系統(tǒng)更新也會使用 引導(dǎo)程序 的這種工作模式。工作于這種模式下的 引導(dǎo)系統(tǒng) 通常都會向它的終端用戶提供一個簡單的命令行接口 [16]。像 Blob 或 UBoot 等這樣功能強大的 Boot Loader 通常同時支持這兩種工作模式，而且允許用戶在這兩種工作模式之間進行切換。比如， Blob 在啟動時處于正常的啟動加載模式，但是它會延時 10 秒等待終端用戶按下任意鍵而將 blob 切換到下載模式 [17]。如果在 10 秒內(nèi)沒有用戶按鍵，則 blob 繼續(xù)啟動 Linux 內(nèi)核。 BootLoader 與主機之間進行文件傳輸所用的 通信設(shè)備及協(xié)議最常見的情況就是，目標機上的 Boot Loader 通過串口與主機之間進行文件傳輸，傳輸協(xié)議通常是 xmodem／ ymodem／ zmodem 協(xié)議中的一種。但是，串口傳輸?shù)乃俣仁怯邢薜模虼送ㄟ^以太網(wǎng)連接并借助 TFTP 協(xié)議來下載文件是個更好的選擇 [18]。此外，在論及這個話題時，主機方所用的軟件也要考慮。比如，在通過以太網(wǎng)連接和 TFTP 協(xié)議來下載文件時，主機方必須有一個軟件用來的提供 TFTP 服務(wù) [19]。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 14 FL2440 的 BootLoader 開發(fā)板連接好串口線，打開 DNW 進行設(shè)置，開發(fā) 板上電如圖 31 所示。 圖 31 DNW 設(shè)置 在 DNW 為當前有效窗口時，敲 PC 鍵盤的任意鍵（ 須在上圖藍 圈所示的時間范圍內(nèi)，上圖為 7 秒此值可在 Boot 參數(shù)處修改 ）可進入bootloader 菜單界面如下圖 32。 圖 32 Bootloader 菜單 FL2440 開發(fā)板所帶的 bootloader 主要功能有通過串口或 USB 口下載文件 (配合 DNW 使用 )、 NAND FLASH 燒寫、啟動 FLASH 中的程序、設(shè)置啟動參數(shù)。 用 USB 下載要先在 PC 端裝好驅(qū)動程序，保證 USB 連接好，有時哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 15 PC 端出現(xiàn)‘發(fā)現(xiàn)無法識別的 USB 設(shè)備’時，此時可按 ESC 鍵取消下載，等幾秒鐘再輸入‘ 0’或者‘ 1’啟動 USB 下載。 另外需要注意的是，在啟用 USB 下載時，如不能下載需要將 USB 重新插拔！ 選擇菜單說明 功能 [0]：通過 USB DEVICE 下載程序，并運行 功能 [1]：通過 USB DEVICE 下載程序，下載完后會自動寫入 NAND FLASH 功能 [2] ：通過串口下載 程序， BIOS 內(nèi)部固定了下載地址為0x30400000 功能 [3]：啟動無操作系統(tǒng)應(yīng)用程序 ()，即分區(qū) 4 中 的程序 功能 [4]：啟動 LINUX 操作系統(tǒng) 功能 [5]：啟動 WINCE 操作系統(tǒng) 功能 [6]：擦除 NAND FLASH 分區(qū) 功能 [7]：配置一些系統(tǒng)參數(shù)和 Linux 啟動參數(shù) 燒寫 BootLoader 到開發(fā)板 必備文件 、 、 連接好 JTAG 線、串口線、 usb 線、連接好后給開發(fā)板上電。 使用 JLINK 仿真器的用戶，插好轉(zhuǎn)接板；使用并口的用戶應(yīng)使用JTAG 板的 wiggler 接口 打開 AXD，進行配置。使用并口的用戶需要打開 HJTAG 檢測CPU。 Operations— Detect Target 如下圖 33 所示。 圖 33 HJTAG 配置 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 16 正常檢測到 CPU 時，應(yīng)如下圖 34，檢測到之后將其最小化即可，該軟件會在 PC 右下角的托盤中。 圖 34 檢測 CPU 打開 AXD，在 AXD 的菜單： Operations— Configure Target 如下圖35 所示。 圖 35 AXD 設(shè)置 使用并口的用戶，選擇 ；使用 JLINK 的用戶應(yīng)選擇，然后按‘ OK’上面的操作無誤后會在 AXD 的左側(cè)有如圖哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 17 36 顯示。 圖 36 ADX 操作界面 接下來開始裝載文件。在 File 菜單下‘ load image’，如圖 37，裝載。 圖 37 裝載文件 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 18 運行片刻后停下，正常的情況下應(yīng)該停在如圖 38 所示的位置 圖 38 AXD 編程界面 然后用同樣的方法裝載‘ ’并運行，此時串口在 DNW 上會有輸出如圖 39:【 USB:OK】表示 USB 線已經(jīng)連接好了。 圖 39 串口輸出 按任意鍵使其停在‘ select menu’下如圖 310。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 19 圖 310 選擇 菜單 選‘ 1’通過 USB 來燒寫程序如圖 311。 圖 311 flash 菜單 選‘ 0 ’即可通過 USB 燒寫 文件，在燒寫之前應(yīng)將下載地址修改為‘ 0x30800000’ ,DNW 菜單欄 Configuration— Operation 。如 312。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 20 圖 312 配置 DNW 在 DNW 菜單欄 USB Port— Transmit 選擇要燒寫的 如圖 313。 圖 313 燒寫 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 21 燒寫成功后，會提示 “ Progran nand flash parttition success” 如圖 314。 圖 314 燒寫成功 本章小結(jié) 本章主要介紹了 Bootloader 的簡要概念以及他在計算機啟動過稱中的作用，簡要的介紹了其主要結(jié)構(gòu)、安裝媒介和操作模式。然后介紹了該開發(fā)辦的 Bootloader 的啟動界面以及界面?zhèn)€參數(shù)的意義，接著詳細的闡述了燒寫 Bootloader 所需文件和對軟硬件的配置，最后詳細的敘述了 燒寫B(tài)ootloader 的步驟。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 22 第 4章 Linux 啟動過程及編譯 內(nèi)核的新特性簡 介 1． 支持更多處理器，比如 AMD6一些大型機及嵌入式等，同時改進了對已有處理器的支持； 2． 采用搶占式內(nèi)核，使交互式操作的響應(yīng)速度大大提高； 3． 修改了 I/0 子系統(tǒng)部分，保證在各種工作負荷下 I/0 都有很好的響應(yīng)速度； 4． 增加了 IDE/ATA、 SCSI 等存儲總線，解決和改善了以前的一些問題。比如 版內(nèi)核可以直接通過 IDE 驅(qū)動程序來支持 IDE CD/RW 設(shè)備，而不必像以前一樣要使用一個特別的 SCSI 模擬驅(qū)動程序； 5． 大量改進文件系統(tǒng)。比如支持 Windows 的邏輯卷管理器、重寫對NTFS 文件系統(tǒng)的 支持、改進 HPFS 等； 6． 改進和部分重寫了 Modules 功能，使之更穩(wěn)定； 7． 改進對 USB 的支持，使之能夠支持當前多數(shù)主流的 USB 設(shè)備； 8． 加強對無線設(shè)備的支持； 9． 增加了 ALSA(Advanced Linux Sound Architecture)。 ALSA 是有希望取代舊式 0SS(Open Sound System)的另一種聲音系統(tǒng)，能支持全杜比錄音及回放、無縫混音、支持聲音合成設(shè)備、 USB 聲卡等； 10． 支持更多種類和型號的多媒體設(shè)備； 11． 網(wǎng)絡(luò)方面新增了對 IPSec 協(xié)議的支持，改進了對 IPv6 的支持。由于 具有以上新特性，與 相比更適合嵌入式應(yīng)用，所以本文將對 版 Linux 內(nèi)核進行移植。 Linux 內(nèi)核啟動流程 在移植的調(diào)試階段，在沒有在線仿真器的情況下，可以通過板上 LED的狀態(tài)輸出或串口輸出的調(diào)試信息進行錯誤定位，所以有必要了解一下內(nèi)核的啟動流程，圖 41 內(nèi)核啟動流程圖 對此做來解釋。 本文通過 DNW 軟件在來觀察內(nèi)核的啟動流程。內(nèi)核在啟動的過程中按下圖步驟一步一步啟動，了解啟動的順序，有利于掌握好內(nèi)核移植的工作安排過程。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 23 圖 41 內(nèi)核啟動流程圖 Linux 目錄文件 Linux 內(nèi)核主要由 5 個模塊構(gòu)成，它們分別是：進程調(diào)度模塊、內(nèi)存管理模塊、文件系統(tǒng)模塊、進程間通信模塊和網(wǎng)絡(luò)接口模塊。 由于 Linux 內(nèi)核是一種單內(nèi)核模式的系統(tǒng)，因此，內(nèi)核中所有的程序幾乎都有緊密的聯(lián)系，它們之間的依賴和調(diào)用關(guān)系非常密切。所以在閱讀一個源代碼文件時往往需要參閱其它相關(guān)的文件。因此有必要先熟悉一下源代碼文件的目錄結(jié)構(gòu)和安排。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 24 linux ├─ boot 系統(tǒng)引導(dǎo)匯編程序 ├─ fs 文件系統(tǒng) ├─ include 頭 文件 (*.h) │├─ asm 與 CPU 體系結(jié)構(gòu)相關(guān)的部分 │├─ linux Linux 內(nèi)核專用部分 │└─ sys 系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)部分 ├─ init 內(nèi)核初始化程序 ├─ kernel 內(nèi)核進程調(diào)度、信號處理、系統(tǒng)調(diào)用等程序 │├─ blk_drv 塊設(shè)備驅(qū)動程序 │├─ chr_drv 字符設(shè)備驅(qū)動程序 │└─ math 數(shù)學(xué)協(xié)處理器仿真處理程序 ├─ lib 內(nèi)核庫函數(shù) ├─ mm 內(nèi)存管理程序 └─ tools 生成內(nèi)核 Image 文件的工具程序 li