0 引 言

ARM嵌入式處理器已被廣泛應(yīng)用于消費電子產(chǎn)品、無線通信、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格、低功耗、高性能在手持設(shè)備中占據(jù)著重要市場。在嵌入式操作系統(tǒng)中，Linux，Vxworks，WinCE三足鼎立，其中Linux由于其開源性、穩(wěn)定性、安全性、可裁減性更是一支獨放。在嵌入式系統(tǒng)中，如何實現(xiàn)在ARM9平臺下Linux操作系統(tǒng)的引導(dǎo)工作是嵌入式技術(shù)開發(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)自動加載。通過這段程序，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。對于一個嵌入式系統(tǒng)，通常BootLoader是依賴于硬件而實現(xiàn)的。對于不同類型的嵌入式芯片、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條款的開放源碼項目，功能最為強(qiáng)大;U-Boot對PowerPC系列處理器支持最豐富，同時還支持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、時鐘設(shè)置和存儲器初始化等工作，并且采用匯編語言實現(xiàn)，而一些通用功能大多采用C語言實現(xiàn)，放在Stage 2中。

2 U-Boot的啟動分析

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地址開始執(zhí)行的部分。這部分代碼系統(tǒng)啟動后，從NAND FLASH自動加載到SDRAM中，它包括對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入口地址，開始執(zhí)行剩余部分代碼。第二階段主要是對內(nèi)存的分配，對NAND FLASH以及對外圍設(shè)備的初始化，其代碼在lib-arm/board.C中。啟動的流程分析如圖1所示。

(1)跳轉(zhuǎn)到C語言程序之后，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IP地址、MAC地址等信息;

(7)開啟中斷處理;

(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。為了使U-Boot支持新的開發(fā)板，一種簡便的做法是在U-Boot已經(jīng)支持的開發(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是采用匯編語言編寫的U-Boot程序入口代碼，完成對底層硬件的初始化，其中有一個很重要的功能是從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NANDFLASH的讀操作，在U-Boot中，沒有對NANDFLASH讀操作的驅(qū)動，采用以下方法實現(xiàn)：

通過調(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NANDFLASH的讀驅(qū)動nand_read.c

(2)在smdk2410.C文件中添加對NANDFLASH初始化的程序

在此主要是對主板的GPIO的一些設(shè)置，并加上對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-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

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，將生成三個文件：

u-boot：ELF格式的文件，可以被大多數(shù)Debug程序識別。

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。這個文件用于燒到用戶的開發(fā)板中。

u-boot.srec：Motorola S-Record格式，可以通過串口下載到開發(fā)板中。

將得到的u-boot.bin文件借助于FLASH芯片燒寫工具，通過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信息，就表明移植基本成功。

4 結(jié) 語

目前筆者移植的U-Boot已經(jīng)能穩(wěn)定地運(yùn)行在開發(fā)板上。U-Boot引導(dǎo)程序是嵌入式Linux系統(tǒng)軟件開發(fā)中的一個重要環(huán)節(jié)。在此通過分析U-Boot的代碼結(jié)構(gòu)和啟動過程，并針對開發(fā)板系統(tǒng)的硬件資源，通過分析與調(diào)試，實現(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)一步開發(fā)奠定了堅實的基礎(chǔ)。