U-boot在S3C44B0上的移植與分析

摘 要：Bootloader是嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)的第一個(gè)環(huán)節(jié)，用于初始化目標(biāo)板硬件，給嵌入式操作系統(tǒng)提供板上硬件資 源信息，并進(jìn)一步裝載、引導(dǎo)嵌入式系統(tǒng)的固件，其性能直接影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。為了引導(dǎo)嵌入式操作系統(tǒng)，根據(jù)S3C44BO 開發(fā)板上特定的硬件信息，在不改變Bootloader架構(gòu)的前提下，對(duì)與硬件相關(guān)的代碼，特別是FLASH芯片Intel 28F320C3B 代碼進(jìn)行了添加修改，將U-bOOt成功地移植到了開發(fā)板上，并在基于μCLinux的智能機(jī)器人避障系統(tǒng)中使用良好。
關(guān)鍵詞：Bootloader；U-boot；S3C44BO；移植

O 引 言
    Bootloader是操作系統(tǒng)啟動(dòng)運(yùn)行之前執(zhí)行的一段小程序。它是基于特定硬件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的，通過它可以初始化硬件設(shè)備，建立內(nèi)存空間的映射表，從而建立適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)軟硬件環(huán)境，為最終調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)核作好準(zhǔn)備。嵌入式系統(tǒng)的硬件部分不可能完全一致，由于嵌入式系統(tǒng)需要硬件與軟件的配合才能正常工作，因此需要針對(duì)硬件系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)引導(dǎo)程序的設(shè)計(jì)。對(duì)于嵌入式系統(tǒng)來說，引導(dǎo)程序比較復(fù)雜，一般采用在基本符合硬件體系要求的現(xiàn)有引導(dǎo)程序的基礎(chǔ)上進(jìn)行修改，然后通過應(yīng)用的方法設(shè)計(jì)引導(dǎo)程序，這就是引導(dǎo)程序的移植。

1 U-boot介紹
    U—boot(Universal Boot LoadeI)源自DENX軟 件工程中心的Wolfgang Denk，基于8xxrom的源碼創(chuàng) 建的PPCBoot工程，遵循GPL條款的開放源碼項(xiàng)目，已經(jīng)可以支持PowerPC，ARM，X86，MIPS等體系結(jié)構(gòu)上的上百種開發(fā)板。U-boot提供：啟動(dòng)加載(Boot
Loading)和下載(Down Loading)兩種操作模式。并具 有大型Bootloader的全部功能。主要特性有：SCC/ FEC以太網(wǎng)支持；BOOTP/TFTP引導(dǎo)——IP，MAC 預(yù)置功能；在線讀寫FLASH，DOC，IDE，I2C，E2ROM， RTC；支持串行口kermit，S-record下載代碼；識(shí)別二進(jìn)制、ELF32，pImage格式的Image；對(duì)Linux引導(dǎo)有特別的支持；監(jiān)控(minitor)命令集；具有讀寫I/O、內(nèi)存、寄存器、外設(shè)測(cè)試等功能。
    U-boot還支持多種文件系統(tǒng)，如cramfs，ext2， fat，reiserfs和jffs2等；支持多種嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核，如Linux，NetBSD，VxWorks，QNX，RTEMS，ARTOS 和LynxOS等，并對(duì)Linux引導(dǎo)有特別的支持。另外， U-boot還提供單任務(wù)軟件運(yùn)行環(huán)境，可以在沒有操作系統(tǒng)的情況下動(dòng)態(tài)加載和運(yùn)行獨(dú)立的應(yīng)用程序，這些獨(dú)立的應(yīng)用程序可以利用U-boot提供控制臺(tái)的I/O函數(shù)、內(nèi)存申請(qǐng)和中斷服務(wù)等。

2 U-boot啟動(dòng)流程
    對(duì)ARM7核處理器，U-boot．啟動(dòng)流程主要體現(xiàn)在 3個(gè)文件上，即start．s,lib arm/board．c和U-boot/common/main．c。下面詳細(xì)分析啟動(dòng)流程。
2．1 start．s文件
    start．s文件主要是CPU的初始化，用匯編語言編寫，其主要代碼流程如下：
    (1)定義入口。由于一個(gè)可執(zhí)行的Image必須有一個(gè)入口點(diǎn)，并且只能有一個(gè)全局入口，通常這個(gè)入口放在ROM(FLASH)的Ox0地址，在start．s文件中有如下語句：
    ．globl_start
    _start：
    因此，必須通知編譯器使其知道這個(gè)入口．該工作可通過修改連接器腳本文件U－boot．1ds來完成。
    (2)設(shè)置異常向量(Exception Vector)。異常中斷向量表是U－boot與操作系統(tǒng)內(nèi)核發(fā)生聯(lián)系的關(guān)鍵所在之一。即使操作系統(tǒng)內(nèi)核已經(jīng)得到處理器的控制權(quán)運(yùn)行，一旦發(fā)生中斷，處理器還是會(huì)自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到從OxO地址開始的異常中斷向量表中的某個(gè)位置(依據(jù)于中斷類型)讀取指令運(yùn)行的。
    (3)設(shè)置CPU的速度、時(shí)鐘頻率及中斷控制寄存器。依次為關(guān)閉看門狗計(jì)時(shí)器，屏蔽所有中斷，配置時(shí)鐘(包括3個(gè)寄存器：PLLCON，CLKCON，LOCK-TIME)。
    (4)初始化內(nèi)存控制器。內(nèi)存控制器初始化主要通過設(shè)置13個(gè)從1c80000開始的特殊功能寄存器來完成，包括外部數(shù)據(jù)總線寬度、訪問周期、定時(shí)的控制信號(hào)等。
    (5)將ROM中的程序復(fù)制到RAM中。首先利用PC取得BootLoader在FIASH的起始地址，再通過標(biāo)號(hào)之差計(jì)算出這個(gè)程序代碼的大小。通過寄存器(r3～r10)為復(fù)制的中間媒介將代碼復(fù)制到RAM中。
    (6)初始化堆棧。進(jìn)入各種模式設(shè)置相應(yīng)模式的堆棧。
    (7)轉(zhuǎn)到RAM中執(zhí)行。該工作可使用指令1dr pc來完成，即Idr pc，start armboot。[!--empirenews.page--]
2．2 lib_arm／board．c文件()
    U—b00t／Lib arm／board．c中的start armboot是C語言開始的函數(shù)，也是整個(gè)啟動(dòng)代碼中C語言的主函數(shù)，該函數(shù)主要是調(diào)用一一系列的初始化函數(shù)。進(jìn)行各種初始化設(shè)置。該函數(shù)完成的操作是：
    (1)調(diào)用一系列的初始化函數(shù)，包括：cpu init(CPU相關(guān)的設(shè)置)，board init(板子相關(guān)的設(shè)置)，in-terrupt_init(中斷設(shè)置)，env_init(環(huán)境變量設(shè)置)，init_ baudrate(baud參數(shù)設(shè)置),serial init(串口初始化),console_inh_f(控制臺(tái)設(shè)置)，display_banner(顯示標(biāo)題)，dram init(可用內(nèi)存配置)；
    (2)初始化FLAsH設(shè)備；
    (3)初始化系統(tǒng)內(nèi)存分配函數(shù)；
    (4)如果目標(biāo)系統(tǒng)擁有NAND設(shè)備，則初始化NAND設(shè)備；
    (5)如果目標(biāo)系統(tǒng)有顯示設(shè)備，則初始化該類設(shè)備；
    (6)初始化相關(guān)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，填寫IP、MAC地址等。
2．3 U—boot／common／main．c文件
    完成上述初始化后，進(jìn)入命令循環(huán)(即整個(gè)boot的工作循環(huán))，代碼為：
    for(；；)
    {
    main_loop()；

   }

3 移植過程
    在此使用的是創(chuàng)維特公司的EB44BO開發(fā)板，系統(tǒng)相關(guān)配置如下：
    處理器：SamslJng S3C4BOX，工作頻率60 MHz；

   
    2個(gè)串口。4個(gè)可編程的LED以及14針JTAG接口。
    為了降低移植的難度，在移植過程中，一般都是選擇與目標(biāo)處理器以及目標(biāo)板最接近的一個(gè)版本進(jìn)行移植。因此選擇B2進(jìn)行移植。從U—bo()t的官方網(wǎng)站上下載最新版的源代碼，目前最高版本為1．3．3。移植主要修改的文件有：cptl／s3c44b0／start．s，board／dave／b2／lowlevel init．s，board／dave／b2／b2．c，board／dave／corn。mon／FLASH．c，include／configs／b2．h，board／dave／b2／config．mk。
3．1 cpu／s3c44b0／start．s文件
    start．s是匯編語言編寫的U-boot：程序入口代碼，主要包括處理器內(nèi)部各個(gè)寄存器的初始化以及代碼的搬移。主要完成設(shè)置處理器狀態(tài)、初始化中斷、堆棧、內(nèi)存控制器等，并確定是否需要對(duì)整個(gè)U-boot代碼重定位，最終從FLASH中跳轉(zhuǎn)到定位好的內(nèi)存位置執(zhí)行。下面對(duì)其中一些代碼進(jìn)行針對(duì)性的分析。
    (1)設(shè)置WTCON=0x0，禁止看門狗定時(shí)器，避免處理器強(qiáng)行復(fù)位；
    (2)設(shè)置INTMSK=Ox7ffffff，禁止所有中斷，Bootloader的執(zhí)行過程中不必要響應(yīng)任何中斷；
    (3)根據(jù)嵌入式微處理器工作主頻，修改宏CON-FIG 83C4480 CLCICK SPEED=60 MHz，使處理器能夠正常工作；
    (4)設(shè)置PLLCON=0x34031，PLLCON鎖相環(huán)控制寄存器中儲(chǔ)存有計(jì)算系統(tǒng)時(shí)鐘的相關(guān)參數(shù)，為了產(chǎn)生正確的系統(tǒng)時(shí)鐘，必須根據(jù)外接晶振頻率和處理器工作主頻確定各個(gè)倍頻系數(shù)。
3．2 board／dave／b2／lowlevel init．S文件
    該文件由匯編代碼完成，主要包括SDRAM工作參數(shù)的設(shè)置，以及處理器內(nèi)存控制器的初始化，參數(shù)需要根據(jù)SDRAM芯片資料進(jìn)行設(shè)置。
3．3 board／dave／b2／b2．c文件
    該文件中的代碼主要是SDRAM的驅(qū)動(dòng)程序，并完成了處理器各個(gè)I／O 口的初始化，根據(jù)具體的目標(biāo)板進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷募纯伞?br />3．4 board／dave／common／FLASH．C
    這個(gè)文件是FLASH的驅(qū)動(dòng)程序。FLASH存儲(chǔ)器的燒寫與擦除一般不具有通用性，根據(jù)不同型號(hào)的存儲(chǔ)器做出相應(yīng)的修改。EB4480開發(fā)板采用的是Intel28F320C3B，總共71個(gè)塊，1～8每塊大小是8 KB，9～71每塊大小是64 KB，它的特殊性決定了需要對(duì)

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3．5 include／configs／b2．h文件
    該文件中包含了B2目標(biāo)板的一些配置的宏定義，主要有系統(tǒng)工作頻率、環(huán)境變量緩沖區(qū)長度、串口波特率、FLASH起始地址及容量、DRAM起始地址及容量、環(huán)境變量保存位置、FLASH讀／寫命令字、網(wǎng)絡(luò)芯片的基地址、目標(biāo)板IP地址、硬件地址MAC、主機(jī)IP地址、內(nèi)核裝載地址、交互操作命令等。
3．6 board／dave／b2／config．mk文件
    U-boot將其代碼從FLASH復(fù)制到SDRAM的位置在0x0c700000處，修改TEXT_BASE=0x0c700000。
    U-boot是在Linux環(huán)境下開發(fā)的，因此需要在Linux下進(jìn)行編譯，使用的操作系統(tǒng)為Fedora core 7，從http：／／opensrc．see．samsung．corn／download／arm-elf-tools-20040427．sh下載arm－elf＝tools＝20040427．sh，使用的編譯器為arm－elf－gcc，在U－boot根目錄下對(duì)其中的makefile文件進(jìn)行相應(yīng)的修改，然后在命令行中運(yùn)行以下指令：

   
    編譯連接后生成U_boot，U_boot．bin，U_boot．
srec，其中的U_boot．bin是二進(jìn)制bin文件，純粹的U_boot二進(jìn)制執(zhí)行代碼，不保存ELF格式和調(diào)試信息，這個(gè)文件用于燒寫到用戶的開發(fā)板中。通過創(chuàng)維特集成開發(fā)環(huán)境自帶的FLASH燒寫工具載人到SDRAM中運(yùn)行，從超級(jí)終端顯示U-boot的啟動(dòng)信息，分別試驗(yàn)erase，cp，printenv，saveenv等命令，并檢測(cè)對(duì)FLASH的操作；使用tftp命令，以檢測(cè)網(wǎng)口下載功能，然后裝載操作系統(tǒng)內(nèi)核，完成以上任務(wù)則移植成功。經(jīng)過以上步驟移植的U-boot已經(jīng)在自己開發(fā)的ARM板上順利地引導(dǎo)了μClinux操作系統(tǒng)。

4 結(jié) 語
    Bootloader是連接系統(tǒng)硬件和操作系統(tǒng)的橋梁，這里根據(jù)U-boot的運(yùn)行機(jī)制，在硬件資源固定，不改變Bootloader框架的前提下，對(duì)與目標(biāo)板硬件相關(guān)的代碼，特別是FLASH芯片Intel 28F320C3B的代碼進(jìn)行修改，成功移植到EB4480開發(fā)板上，并且結(jié)合U-boot和μClinux的啟動(dòng)流程與運(yùn)行機(jī)制，成功設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了在基于S3C44BOX目標(biāo)板上引導(dǎo)嵌入式操作系統(tǒng)。在移植過程中，要熟悉U-boot的組織結(jié)構(gòu)和工作流程，對(duì)相關(guān)的硬件資源有一定的了解，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行裁減，靈活選用功能模塊。目前，移植后的U-boot能夠穩(wěn)定地運(yùn)行在嵌入式目標(biāo)板上，并能順利地引導(dǎo)嵌入式μCinux系統(tǒng)，已成功應(yīng)用在智能機(jī)器人的避障系統(tǒng)中。