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引导加载程序vivi的分析和移植研究

发布时间:2020-07-21 17:28:25 阅读: 来源:螺柱厂家

摘 要:Bootloader是嵌入式系统软件开发的第一个环节,它将软硬件紧密地衔接在一起,对于一个嵌入式设备后续的软件开发至关重要。本文以S3C2410x处理器和嵌入式Linux为基础,对嵌入式系统中的一款Bootloader进行分析和研究。在对vivi的分析过程中,探讨了vivi在S3C2410x处理器上的移植。关键词: Bootloader;vivi ;S3C2410x引言Bootloader(引导装载器)是用于初始化目标板硬件,给嵌入式操作系统提供板上硬件资源信息,并进一步装载、引导嵌入式操作系统运行的固件。在嵌入式系统开发过程中, Bootloader的编写往往是设计的主要难点。目前,Bootloader的开发通常都是基于一些开源的Bootloader(如vivi、U-Boot、Blob、ARMBoot、RedBoot等)而设计,它们在设计思路上有许多相通之处。vivi是当前比较流行的,专门针对ARM9处理器而设计的一款Bootloader,它操作简便,同时提供了完备的命令体系。因此,对其进行分析和研究具有一定的实际意义。vivi简介vivi是由韩国Mizi公司开发的一种Bootloader,适合于ARM9处理器,支持S3C2410x处理器,其源代码可以在网站下载。和所有的Bootloader一样,vivi有两种工作模式,即启动加载模式和下载模式。当vivi处于下载模式时, 它为用户提供一个命令行接口,通过该接口能使用vivi提供的一些命令集。vivi运行过程分析vivi作为一种Bootloader,其运行过程分成两个阶段。第一阶段的代码vivi/arch/s3c2410/head.s中定义,大小不超过10 KB,它包括从系统上电后在0x00000000地址开始执行的部分。这部分代码运行在Flash中,它包括对S3C2410的一些寄存器、时钟等的初始化并跳转到第二阶段执行。第二阶段的代码在vivi\init\main.c中,主要进行一些开发板初始化、内存映射和内存管理单元初始化等工作,最后会跳转到boot_or_vivi()函数中,接收命令并进行处理。需要注意的是在Flash中执行完内存映射后,会将vivi代码拷贝到SDRAM中执行。如图1所示,给出了vivi的详细的运行过程。大多数Bootloader都分为stage1和stage2两部分,stage2 的代码通常用 C 语言来实现,以便于实现更复杂的功能并取得更好的代码可读性和可移植性。但是与普通C语言应用程序不同的是,在编译和链接Bootloader 程序时,不能使用glibc库中的函数。因此,从那里跳转进main()函数,而把main()函数的起始地址作为整个stage2执行映像的入口点也存在两个缺点:无法通过main()函数传递函数参数且无法处理main()函数返回的情况。一种较为巧妙的方法是利用弹簧床的概念,也就是用汇编语言写一段trampoline 小程序,并将这段程序作为stage2可执行映象的执行入口点,然后在trampoline汇编小程序中用CPU跳转指令跳入main()函数中去执行。当main()函数返回时,CPU执行路径再次回到trampoline程序。简而言之,这种方法的思想就是:用这段 trampoline小程序来作为main()函数的外部包裹。vivi中的trampoline程序如下:@ get read to call C functions ldrsp, DW_STACK_START@ setup stack pointer movfp, #0@ no previous frame, so fp=0 mova2, #0@ set argv to NULL blmain@ call main movpc, #FLASH_BASE@ otherwise, reboot;正常情况下,程序能够正常执行完毕,但是如果出错了,就回到最后一条语句重新启动系统。

740)this.width=740" border=undefined>图1vivi运行过程vivi的移植为了使移植工作更加快捷,本文选择vivi-20030929版本。它不仅提供对ARM-920T内核的支持,而且直接提供了对于S3C2410x的板级支持,这使移植工作量相对减少。vivi中与软件相关的修改vivi作为Linux系统的启动代码,在编译配置时需要用到函数库,包括交叉编译器库和头文件,交叉编译开关选项设置,还包括Linux内核代码中的库和头文件,所以,通常需要修改vivi工程管理文件Makefile。vivi中与硬件相关的初始化与具体运行在哪一个处理器平台上相关的文件都存放在vivi/arch/目录下,本系统使用S3C2410x处理器,对应的目录为s3c2410。其中head.s文件是vivi启动配置代码,加电复位运行的代码就是从这里开始的。由于该文件中对处理器的配置均通过调用外部定义常数或宏来实现,所以针对不同的平台,只要是S3C2410x处理器,几乎不用修改,只要修改外部定义的初始值即可。这部分初始值都在vivi/include/platform/smdk2410.h文件中定义,包括处理器时钟、存储器初始化、通用I/O口初始化以及vivi初始配置等。对不同Flash启动的修改vivi能从Nor Flash或Nand Flash启动,因此启动程序以及Linux内核及根文件系统,甚至还包括图形用户界面等就需要存放在Nor Flash或Nand Flash中。这样,作为启动程序的vivi还需要根据实际情况来修改存放这些代码的分区。本系统采用64MB Nand Flash、2MB Nor Falsh,需要由vivi进行分区才能运行Linux。分区指定的偏移地址就是代码应该存放并执行的地址。内核启动参数设置经过修改后,S3C2410x开发板能从Nand Flash中启动运行Linux,也能从Nor Flash中启动,所以相应地也要修改启动命令,如下所示:#ifdef CONFIG_S3C2410_N AND_BOOTchar Linux_cmd[] = "noinitrd root=/dev/bon/2 init=/Linuxrc console=tty0 console=ttyS0 ";#elsechar Linux_cmd[] = "noinitrd root=/dev/mtdblock/3 init=/Linuxrc console=tty0 console=ttyS0";#endif修改并实现Flash驱动移植vivi的最后一步是实现Flash驱动,开发者需要根据自己系统中具体Flash芯片的型号及配置,修改驱动程序,使Flash设备能够在嵌入式系统中正常工作。如果使用的是驱动尚未支持的Flash芯片,只需仿照其他型号,将Flash型号加入该驱动程序即可。修改Flash驱动的关键一步是对flash. c文件的修改。flash. c是读、写和删除Flash 设备的源代码文件。 由于不同开发板中Flash 存储器的种类各不相同,所以修改flash. c 时需参考相应的Flash 芯片手册。它包括如下几个函数:unsigned long flash - init(void ),Flash 初始化;void flash - print - info(flash - info - t *info),打印Flash信息;int flash - erase(flash - info - t*info,ints - first,ints -last),Flash 擦除;volatile static int write-hword(flash - info - t*info,ulongdest,ulong data),Flash 写入;int write - buff(flash - info - t *info,uchar *src,ulongaddr,ulong cnt),从内存复制数据。当做好上述的移植工作后,就能对vivi进行编译了。在编译vivi之前,需要根据开发板进行适当的配置。保存并退出后,执行“make”命令开始编译。把编译好的vivi烧到Nor Flash中,加电重启开发板就能运行vivi了。 结语Bootloader是操作系统和硬件的枢纽,相对于操作系统内核来说,它是一个硬件抽象层。它负责初始化硬件,引导操作系统内核,检测各种参数给操作系统内核使用。一个功能完备的大型Bootloader的工作量,相当于一个小型的操作系统。在嵌入式领域中,操作系统移植的关键在于Bootloader的移植和操作系统内核硬件相关部分的移植。嵌入式Linux操作系统作为开发嵌入式产品的首选,为其选择一款合适的Bootloader能节省开发时间和资金,本文对于使用vivi启动Linux内核具有较好的参考价值。■

参考文献:1 nux for EduKit-II f2 源代码包3 王静,刘夏伟.基于Linux的嵌入式系统的启动设计.电子科技, 2004.64 王俊卿,刘庆文,杨扬.NIOS软核处理器的Linux引导程序U-boot设计.单片机及嵌入式系统应用,2004.125 宋国军,张侃谕,林学龙.嵌入式系统中U-Boot基本特点及其移植方法.单片机及嵌入式系统应用. 2004.106 张晓林,崔迎炜等.嵌入式系统设计与实践. 北京:北京航空航天大学出版社,2006

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