1  引言
    嵌入式Linux系統常用的Boot Loader有arm-boot、redboot、U-Boot等。U-Boot (全稱Universal Boot Loader)是當前比較流行的遵循GPL條件的開放源碼項目。U-Boot具有源碼公開的特點，開發(fā)人員可根據自身需要進行裁減；支持多種處理器和嵌入式操作系統內核；具有多種設備驅動源碼：支持多種引導方式；具有功能強大且成熟、穩(wěn)定等諸多優(yōu)點。在嵌入式系統開發(fā)過程中廣泛采用。U-Boot嚴重依賴于底層硬件，不同的CPU或嵌入式板及設備需要不同的U-Boot，因此，在嵌入式系統中建立通用的U-Boot是非常困難的，故U-Boot需針對開發(fā)版本量身定做。
2  開發(fā)平臺
    系統的開發(fā)板硬件系統如圖1所示。
 

圖1　BF561開發(fā)板
    目標板以Blackfin嵌入式處理器BF561為核心，數據地址線復用到SDRAM、 Flash、USB、Ethernet，并通過FPGA實現邏輯控制。此外，將UART端口轉換為RS232端口引出。其中SDRAM的地址為 0x00000000～0x02000000，Flash的地址為0x20000000～0x20300000。宿主機采用Window和 Suse10.0雙操作系統，采用串行接口和以太網連接宿主機和目標板，程序先在宿主機上編譯，然后下載至目標板上運行，目標板的終端被重定向到串行接口，由宿主機輸出。
    開發(fā)環(huán)境的建立步驟如下：
    ⑴在宿主機上設置終端：大部分嵌入式系統在宿主機上大多都采用kermit或minaicom實現與目標板的通信，本系統采用inicom。minicom是Linux下一個類似于Windows超級終端的友好串口通信程序。在終端輸入 bash#minicom-s進入minicom設置畫面，設置串口波特率、有效數據位、停止位以及奇偶校驗位分別為57600、8 bit、1位停止位以及無奇偶校驗位等。
    ⑵安裝交叉編譯器：交叉編譯是在一個架構下編譯另外一個架構的目標文件。要從http：//blackfin.uclinux.org網站上下載Blackfin ToolChain，然后安裝并修改環(huán)境變量PATH，使其包含ToolChain的安裝目錄。
bash# rpm–Uvh blackfin-toolchain-06r1-4.i386.rpm
bash$ export PATH=$PATH：/opt/uClinux/bfin-uclinux/ bin
在U-Boot-1.1.3/Makefile下可以看到選擇交叉編譯器為bfin-uclinux-gcc。
ifeq($(ARCH)，blackfin)
       CROSS_COMPILE = bfin-uclinux-gcc
3　U-Boot啟動兩階段
    U-Boot代碼一般分為stage1和stage2兩大部分。stage1依賴于CPU體系結構如設備初始化代碼，常用匯編語言編寫以達到短小精悍，提高系統運行效率的目的。它主要包括cpu/bf561目錄下的start.s。stage2一般采用C語言編寫實現復雜功能，這樣代碼則具有更好的可讀性和可移植性，主要包括lib blackfin/board.c文件和common/main.c文件中main_loop函數。
    stagel從CPU入口函數cpu/bf561/start.s開始，通常包含以下步驟，
    (1)基本硬件的初始化，為隨后執(zhí)行kernel準備好基本的硬件環(huán)境。包括：屏蔽所有中斷，引導裝載程序的執(zhí)行過程中不必執(zhí)行任何中斷，中斷屏蔽可通過寫CPU的中斷屏蔽寄存器或狀態(tài)寄存器實現；設置CPU的速度和時鐘頻率，初始化pll；RAM初始化，初始化內存控制器的各個寄存器；初始化UART，向串口打印U-Boot的字符信息；關閉CPU內部指令，數據cache。
    (2) 為加載U-Boot的stage2準備RAM空間，通常將stage2置于整個RAM空間的最頂層1MB空間。
    (3)拷貝U-Boot的stage2到RAM。判斷是否是Flash運行，如果是就將stage2的代碼拷貝到TEXT BASE處。將stage2安排到RAM空間的最頂層1MB是較推薦的方法。
    (4)設置堆棧指針sp為C語言代碼執(zhí)行做好準備。
    (5)跳轉到stage2的C語言代碼入口點。
    stage2主要包括lib-blackfin/board.c中board_init_f、board_init_r函數以及common/main.C中main_loop函數。通常包含以下步驟：
    (1) 初始化此階段需用的硬件設備，由board_init_f和board_init_r函數實現。
void board_init_f(ulong bootflag)
{……………
      init_IRQ()；          //初始化中斷
      init_baudrate()；      //設置串口波特率
      serial_init()；         //設置串口工作方式
}
void board_init_r(gd_t*id，ulong dest_addr)
{……………
      size = flash_init()；    //Flash 初始化……………
      for (；；)
         {main_loop()；    //設置延時時間，確定目標板是進入下載模式還是啟動加載模式
}
}
    (2)內存映射檢測。
    (3)加載內核并為內核設置啟動參數。
    (4)調用內核。
4　U-BOOT的移植
4.1  U-Boot方法與要點
    移植U-Boot簡便的方法是從U-Boot支持的開發(fā)板中選擇一個與其目標板接近的開發(fā)板進行修改。需修改的是與硬件相關的部分，涉及到兩個層面：針對CPU的移植，由于U-Boot_1.1.3支持BF561，故只需做第二層面的移植：針對目標板硬件的移植。在移植前，需仔細閱讀U-Boot/readme文件，該文件對目錄結構和如何移植作了簡要介紹。從移植U-Boot的最小要求、U- Boot能夠正常啟動的角度出發(fā)，選擇BF561的STAMP板為模板，相關源代碼在/board/stamp目錄下，結合U-Boot的啟動流程，主要修改文件如下：
    (1)與目標板相關的代碼部分：在board下創(chuàng)建mybf561目錄，無需從頭開始，參考與目標板相似的STAMP板在mybf561目錄下創(chuàng)建mybf561.c、mybf561.h、flash.c、config.mk、Makefie等文件。需要修改/board/mybf561/config.mk：
TEXT_BASE = 0x01FC0000
PLATFORM_CPPFLAGS += - I$(TOPDIR)[!--empirenews.page--]
TFEXT_BASE用于設置程序編譯鏈接的起始地址即將U-Boot的stage2拷貝到SDRAM的TEXT_BASE處，即SDRAM最頂層一段存儲區(qū)。修改board/mybf561/Makefile：
include $(TOPDIR)/config.mk
LIB= lib$(BOARD).a             # 選擇庫文件
OBJS=$(BOARD).o mybf561.o     # 目標文件
    (2)與CPU相關的代碼部分：U-Boot_1.1.3/epu文件中含有BF561的目錄，其中包含start.s、cpu.c、cpu.h、interrupt.c、init_sdram.s等。故不需要建立與cpu相關的文件目錄。
    (3)與頭文件相關的代碼：在include/configs創(chuàng)建mybf561.h，參考include/configs/stamp.h，如下：
#define CONFIG_MYBF561 1
#define CONFIG_CLKIN_HZ 1000000   // 輸入時鐘
#define CONFIG_PLL_BYPASS 0       // 使用鎖相環(huán)
    與Flash 相關設置：
#define CFG_FLASH_BASE 0x20000000    // Flash起始地址
#define CFG_MAX_FLASH_BANKS 1     // max number of memory banks
#define CFG_MAX_FLASH_SECT 67      // max number of sector on one chip
#define CFG_ENV_ADDR 0x20004000     // 環(huán)境變量保存地址
#define CFG_ENV_OFFSET   (CFG_ENV_ADDR-CFG_FLASH_BASE)
#define CFG_ENV_SIZE          0x2000
#define CFG_ENV_SECT_SIZE    0x2000
    Flash的修改與具體型號和容量有關，修改過程中參考Flash擦除數據命令、特定寄存器的寫入地址以及扇區(qū)的大小和位置。
與SDRAM相關設置：
# define CONFIG_MEM_SIZE 32    // 128，64，32，16
# define CONFIG_MEM_ADD_WDTH   // 8，9，10，11
# define CONFIG_MEM_MT48LC64M4A2FB_7E 1
# define CFG_MEMTEST_START 0x00000000  
// memtest works on
# if (CONFIG_MEM_SIZE == 32)
# define CFG_MAX_RAM_SIZE 0x02000000
# define CFG_MEMTEST_END 0x01F7FFFF   
// 1…31.5MB in DRAM
# define CFG_LOAD_ADDR 0x01000000
//default load
    最后一行要用Tab鍵開頭表示命令。其中blackfin表示CPU的種類。bf561是cpu bf561對應的代碼目錄，mybf561是目標板對應的目錄。這樣可使用make mybf561_config配置自身的開發(fā)板。
    其他修改視情況而定。如根據SDRAM大小修改cplb表，根據需要修改堆棧大小。如drivers/cfi_flash.c中flash_init()函數，cpu/bf561/ints.c中init_IRQ()函數等。
    修改完畢后就可以采用以下命令編譯U-Boot：bash＄>make clean，bash＄>make mrproper，bash＄>make mybf561_ config，bash＄>make。
    編譯完后U-Boot_1.1.3生成U-Boot的二進制文件U-Boot.bin(U- Boot.bin只能用于更新)。執(zhí)行bash＄>bfin-uclinux-objcopy-I binary-Oihex U-Boot.bin，生成可在Windows下首次燒寫到Flash的十六進制文件U-Boot.hex。
4.2  U-Boot的燒寫
    下載U-Boot到目標板，或者當U-Boot不能正常啟動時，必須通過JTAG或者ADI ICE將U-Boot下載到目標板。在此可將ADI公司的仿真器與Visual DSP++環(huán)境相連，通過Visual DSP++，在TOOLS-->Flash Programmer下執(zhí)行Flash驅動程序M25P64.dxe，選擇"Erase all"-->Load Flie燒寫U-Boot.hex文件到Flash中。
    移植成功后，打開終端minicom復位開發(fā)板，若串口能輸出正確的啟動信息．則表明移植基本成功。啟動后，如果在設定的時間內，串口沒有接收到按鍵。U-Boot將自動加載操作系統內核和文件系統。若設定時間內串口接收到按鍵，則U-Boot停止自動加載，進入命令行，可看到U-Boot的提示符"mybf561>"，查看Flash信息，調試或手動加載內核。
    生成新的U-Boot.bin文件后?？赏ㄟ^Ethernet或者串口更新U-Boot。因為網絡的傳輸速度遠比串口快，故一般選擇網絡傳輸。將新生成的U-Boot.bin拷貝到宿主機根目錄下的tftpboot目錄(前提是已經創(chuàng)建tftp sever)，在目標板出現U-Boot提示符后。按任意鍵進入下載模式：
    mybf561>tftp 0x1000000 U-Boot.bin
    0x1000000為SDRAM默認的下載地址空間，用于U-Boot的升級、調試。當需要升級或者修改U-Boot，可將新的U-Boot從SDRAM燒寫到Flash，覆蓋原來的U-Boot，以減少燒寫Flash的次數。在燒寫以前最好測試一下所下載的U-Boot能否正常運行：
    Mybf561>go 0x1000000
    如果運行正常就可將U-Boot寫到Flash中：
    mybf561>protect off all
    mybf561>erase all
#可只擦除部分扇區(qū)
    檢驗寫入Flash中的內容是否正確：
    mybf561>cp.b 0x1000000 0x20000000  $(filesize)
    mybf561>cmp.b 0x1000000 0x20000000  $(filesize)
    如果不正確，應重復執(zhí)行Erase all 和Copy 命令，直到正確為止。至此，U-Boot移植的步驟基本完成。
5　結束語
    U-Boot是一個功能強大的Boot loader。前期移植工作是嵌入式系統開發(fā)的首要環(huán)節(jié)。嵌入式開發(fā)人員應該在了解U-Boot的工作機理、移植條件后，根據目標板和具體情況靈活裁減U -Boot以提高操作系統移植的穩(wěn)定性，縮短移植周期，降低產品成本，為后續(xù)開發(fā)奠定了良好的基礎。