本帖最后由 Ketose 于 2023-1-29 11:09 编辑
1. 什么是BootLoader
就是在操作系统内核运行之前运行的一段小程序。通过这段小程序，我们可以初始化硬件设备、建立内存空间的映射图，从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态，以便为最终调用操作系统内核准备好正确的环境，他就是所谓的引导加载程序（Boot Loader）。
flash中存储文件的分布大致为：
2. 为什么要移植系统前要移植BootLoader？
BootLoader的任务是引导操作系统，所谓引导操作系统，就是启动内核，让内核运行就是把内核加载到内存RAM中去运行，那先问两个问题：第一个问题，是谁把内核搬到内存中去运行？第二个问题：我们说的内存是SDRAM，大家都知道，这种内存和SRAM不同，最大的不同就是SRAM只要系统上电就可以运行，而SDRAM需要软件进行初始化才能运行，那么在把内核搬运到内存运行之前必须要先初始化内存吧，那么内存是由谁来初始化的呢？其实这两件事情都是由bootloader来干的，目的是为内核的运行准备好软硬件环境，没有bootloadr我们的系统当然不能跑起来。
3. BootLoader的分类
首先我么需要申明一个比较容易犯错的概念：uboot其实是BootLoader的一种，uboot也就是universal boot loader(通用引导程序)，BootLoader是有很多种的他们根据所支持的平台和功能特性有所不同(请看下表)。但通常有的同学认为uboot就是BootLoader，BootLoader就是uboot这是错误的。Uboot只是BootLoader的一种。下表列出了常见的BootLoader的功能特性以及其所支持的平台。
由上图可以看出，不同的bootloader具有不同的使用范围，其中最令人瞩目的就是有一个叫U-Boot的bootloader，是一个通用的引导程序，而且同时支持X86、ARM和PowerPC等多种处理器架构。U-Boot，全称 Universal Boot Loader，是遵循GPL条款的开放源码项目，是由德国DENX小组开发的用于多种嵌入式CPU的bootloader程序，对于Linux的开发，德国的u-boot做出了巨大的贡献，而且是开源的。
4. U-Boot的特点
我们现在使用的BootLoader绝大部分都是uboot，那么到底是什么原因导致uboot这么受欢迎呢？首先uboot具有以下特点：
① 开放源码；
② 支持多种嵌入式操作系统内核，如Linux、NetBSD, VxWorks, QNX, RTEMS, ARTOS, LynxOS；
③ 支持多个处理器系列，如PowerPC、ARM、x86、MIPS、XScale；
④ 较高的可靠性和稳定性；
⑤ 高度灵活的功能设置，适合U-Boot调试、操作系统不同引导要求、产品发布等；
⑥ 丰富的设备驱动源码，如串口、以太网、SDRAM、FLASH、LCD、NVRAM、EEPROM、RTC、键盘等；
⑦ 较为丰富的开发调试文档与强大的网络技术支持；
其实，把u-boot可以理解为是一个小型的操作系统。
U-Boot的目录结构
前面讲了uboot可以看作是一个小型的操作系统，上面这些目录可以看作类似于Linux一样的文件系统。
U-Boot的工作模式
U-Boot的工作模式有启动加载模式和下载模式。
启动加载模式是Bootloader的正常工作模式，嵌入式产品发布时，Bootloader必须工作在这种模式下，Bootloader将嵌入式操作系统从FLASH中加载到SDRAM中运行，整个过程是自动的。
下载模式就是Bootloader通过某些通信手段将内核映像或根文件系统映像等从PC机中下载到目标板的SDRAM中运行，我们可以利用Bootloader提供的一些指令接口来完成自己想要的操作，这种模式主要用于测试和开发。
5. U-Boot启动过程
大多数BootLoader都分为stage1和stage2两大部分，U-boot也不例外。依赖于cpu体系结构的代码（如设备初始化代码等）通常都放在stage1且可以用汇编语言来实现，而stage2则通常用C语言来实现，这样可以实现复杂的功能，而且有更好的可读性和移植性。
stage1(start.s代码结构)
U-boot的stage1代码通常放在start.s文件中，它用汇编语言写成，其主要代码部分如下：
（1） 定义入口。由于一个可执行的image必须有一个入口点，并且只能有一个全局入口，通常这个入口放在rom(Flash)的0x0地址，因此，必须通知编译器以使其知道这个入口，该工作可通过修改连接器脚本来完成。
（2）设置异常向量(exception vector)。
（3）设置CPU的速度、时钟频率及中断控制寄存器。
（4）初始化内存控制器 。
（5）将rom中的程序复制到ram中。
（6）初始化堆栈 。
（7）转到ram中执行，该工作可使用指令ldr pc来完成。
2. stage2（C语言代码部分）
lib_arm/board.c中的start armboot是C语言开始的函数，也是整个启动代码中C语言的主函数，同时还是整个u-boot（armboot）的主函数，该函数主要完成如下操作：
（1）调用一系列的初始化函数。
（2）初始化flash设备。
（3）初始化系统内存分配函数。
（4）如果目标系统拥有nand设备，则初始化nand设备。
（5）如果目标系统有显示设备，则初始化该类设备。
（6）初始化相关网络设备，填写ip,mac地址等。
（7）进入命令循环（即整个boot的工作循环），接受用户从串口输入的命令，然后进行相应的工作。
以基于cortex-A8的s5pc100 bootloader为例，分析其启动过程
s5pc100支持两种启动方式，分别为USB启动方式和NandFlash启动方式：
S5PC100 USB启动过程
[1] A8 reset, 执行iROM中的程序
[2] iROM中的程序根据S5PC100的配置管脚(SW1开关4，拨到4对面)，判断从哪里启动(USB) （选择启动方式）
[3] iROM中的程序会初始化USB，然后等待PC机下载程序
[4] 利用DNW程序，从PC机下载SDRAM的初始化程序到iRAM中运行，初始化SDRAM
[5] SDRAM初始化完毕，iROM中的程序继续接管A8, 然后等待PC下载程序(BootLoader)
[6] PC利用DNW下载BootLoader到SDRAM
[7] 在SDRAM中运行BootLoader ，BootLoader运行起来后，A8就由BootLoader来接管了。
S5PC100 Nandflash启动过程
[1] A8 reset, 执行IROM中的程序
[2] iROM中的程序根据S5PC100的配置管脚(SW1开关4，拨到靠4那边)，判断从哪里启动(Nandflash) (选择启动方式）
[3] iROM中的程序驱动Nandflash
[4] iROM中的程序会拷贝Nandflash前16k到iRAM
[5] 前16k的程序(BootLoader前半部分)初始化SDRAM，然后拷贝完整的BootLoader到SDRAM并运行
[6] BootLoader拷贝内核到SDRAM，并运行它
[7] 内核运行起来后，挂载rootfs，并且运行系统初始化脚本，接管A8。
uboot的移植
uboot的移植主要分为如下几步：
1. 在PC机上面
(1) 下载源码包
(2) 解压后添加我们自己的平台信息，以smdkc100为参考版，移植自己s5pc100的开发板
(3) 修改相应目录的文件名，和相应目录的Makefile，指定交叉工具链。
(4) 编译
(5) 针对我们的平台进行相应的移植，主要包括修改SDRAM的运行地址，从0x20000000
(6) “开关”相应的宏定义
(7) 添加Nand和网卡的驱动代码
(8) 优化go命令
(9) 重新编译
make distclean(彻底删除中间文件和配置文件)
make s5pc100_config(配置我们的开发板)
make(编译出我们的u-boot.bin镜像文件)
(10) 设置环境变量，即启动参数，把编译好的u-boot下载到内存中运行，过程如下：
(11) 配置开发板网络
ip地址配置:
$setenv ipaddr 192.168.0.6 配置ip地址到内存的环境变量
$saveenv 保存环境变量的值到nandflash的参数区
网络测试:
在开发开发板上ping虚拟机：
$ ping 192.168.0.157(虚拟机的ip地址)
如果网络测试失败,从下面几个方面检查网络：
1. 网线是否连接好
2. 开发板和虚拟机的ip地址是否配置在同一个网段
3. 虚拟机网络一定要采用桥接(VM--Setting-->option)
4. 连接开发板时，虚拟机需要设置成静态ip地址
2. 在开发板上，配置tftp服务器(虚拟机)的ip地址
$setenv serverip 192.168.0.157(虚拟机的ip地址)
$saveenv
3. 拷贝u-boot.bin到/tftpboot(虚拟机上的目录)
4. 通过tftp下载u-boot.bin到开发板内存
$ tftp 20008000(内存地址即可) u-boot.bin(要下载的文件名)
如果上面的命令无法正常下载:
1. serverip配置是否正确
2. tftp服务启动失败，重启tftp服务
#sudo service tftpd-hpa restart
5. 烧写u-boot.bin到nandflash的0地址
$nand erase 0(起始地址) 40000(大小) 擦除nandflash 0 - 256k的区域
$nand write 20008000((缓存u-boot.bin的内存地址) 0(nandflash上u-boot的位置) 40000(烧写大小)
6. 切换开发板的启动方式到nandflash
1. 关闭开发板
2. 把SW1的开关4拨到4的那边
3. 启动开发板，它就从nandflash启动
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