基于S3C2410A的嵌入式系統(tǒng)的U-Boot移植

0 引 言
    ARM嵌入式處理器已被廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子產(chǎn)品、無(wú)線通信、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(shè)備中占據(jù)著重要市場(chǎng)。在嵌入式操作系統(tǒng)中，Linux，Vxworks，WinCE三足鼎立，其中Linux由于其開(kāi)源性、穩(wěn)定性、安全性、可裁減性更是一支獨(dú)放。在嵌入式系統(tǒng)中，如何實(shí)現(xiàn)在ARM9平臺(tái)下Linux操作系統(tǒng)的引導(dǎo)工作是嵌入式技術(shù)開(kāi)發(fā)的重要環(huán)節(jié)。

1 嵌入式系統(tǒng)的軟件組成
1．1 系統(tǒng)的軟件組成
    嵌入式的軟件系統(tǒng)主要由Bootloader、操作系統(tǒng)、文件系統(tǒng)、應(yīng)用程序等組成。其中，Bootloader是介于硬件和操作系統(tǒng)之間的一層，其作用就好像PC機(jī)中的BIOS。系統(tǒng)加電運(yùn)行后，由系統(tǒng)自動(dòng)加載。通過(guò)這段程序，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)的硬件環(huán)境帶到一個(gè)合適的狀態(tài)，以便為最終調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)核準(zhǔn)備好環(huán)境。對(duì)于一個(gè)嵌入式系統(tǒng)，通常BootLoader是依賴(lài)于硬件而實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于不同類(lèi)型的嵌入式芯片、不同的操作系統(tǒng)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(tǒng)中常用的Bootloader引導(dǎo)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(xiàng)目，功能最為強(qiáng)大；U-Boot對(duì)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(dǎo)程序分為Stage 1和Stage 2兩大部分，Stage 1中主要包括設(shè)備初始化、中斷設(shè)置、時(shí)鐘設(shè)置和存儲(chǔ)器初始化等工作，并且采用匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，而一些通用功能大多采用C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，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(tǒng)上電后在0x00000000地址開(kāi)始執(zhí)行的部分。這部分代碼系統(tǒng)啟動(dòng)后，從NAND FLASH自動(dòng)加載到SDRAM中，它包括對(duì)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(fù)制到SDRAM后，就從第一階段跳到這個(gè)入口地址，開(kāi)始執(zhí)行剩余部分代碼。第二階段主要是對(duì)內(nèi)存的分配，對(duì)NAND FLASH以及對(duì)外圍設(shè)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。

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    (1)跳轉(zhuǎn)到C語(yǔ)言程序之后，首先定義初始化函數(shù)表，程序在lib-arm／board．e中，如下所示：

    (2)初始化FLASH設(shè)備和顯示FLASH設(shè)備信息；
    (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)初始化顯示設(shè)備；
    (6)初始化網(wǎng)絡(luò)設(shè)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(tái)。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(biāo)板接近的，在其基礎(chǔ)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(duì)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(fù)制到SDRAM中。在此階段，涉及到對(duì)NANDFLASH的讀操作，在U-Boot中，沒(méi)有對(duì)NANDFLASH讀操作的驅(qū)動(dòng)，采用以下方法實(shí)現(xiàn)：

    通過(guò)調(diào)用board／smdk2410／nand_read．C中的nand_read_11函數(shù)將Stage 2階段的代碼復(fù)制到ram中。
3．2 修改board／smdk2410目錄下文件
    (1)增加對(duì)NANDFLASH的讀驅(qū)動(dòng)nand_read．c

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    (2)在smdk2410．C文件中添加對(duì)NANDFLASH初始化的程序
    在此主要是對(duì)主板的GPIO的一些設(shè)置，并加上對(duì)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(shè)置NAND FLASH硬件參數(shù)
    在／linux／mtd／nand_ids．h中設(shè)置參數(shù)：

3．4 編譯與運(yùn)行
    配置好以后，進(jìn)入U(xiǎn)-Boot主目錄，重新編譯U-Boot代碼，運(yùn)行命令：
    (1)查看交叉編譯器的版本號(hào)
    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(shù)Debug程序識(shí)別。
    u-boot．bin：二進(jìn)制bin文件，純碎的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)文件用于燒到用戶的開(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(biāo)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(jié) 語(yǔ)
    目前筆者移植的U-Boot已經(jīng)能穩(wěn)定地運(yùn)行在開(kāi)發(fā)板上。U-Boot引導(dǎo)程序是嵌入式Linux系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。在此通過(guò)分析U-Boot的代碼結(jié)構(gòu)和啟動(dòng)過(guò)程，并針對(duì)開(kāi)發(fā)板系統(tǒng)的硬件資源，通過(guò)分析與調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了U-Boot的移植，并且能夠引導(dǎo)嵌入式Linux內(nèi)核和文件系統(tǒng)，為今后進(jìn)一步開(kāi)發(fā)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。