嵌入式Linux开发环境的搭建之U-Boot移植解析

1．概念
　　简单地说，Bootloader就是在操作系统内核运行之前运行的一段程序，它类似于PC机中的BIOS程序。通过这段程序，可以完成硬件设备的初始化，并建立内存空间的映射关系，从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态，为最终加载系统内核做好准备。
　　通常，Bootloader比较依赖于硬件平台，特别是在嵌入式系统中，更为如此。因此，在嵌入式世界里建立一个通用的Bootloader是一件比较困难的事情。尽管如此，仍然可以对Bootloader归纳出一些通用的概念来指导面向用户定制的Bootloader设计与实现。
　　（1）Bootloader所支持的CPU和嵌入式开发板。
　　每种不同的CPU体系结构都有不同的Bootloader。有些Bootloader也支持多种体系结构的CPU，如后面要介绍的U-Boot支持ARM、MIPS、PowerPC等众多体系结构。除了依赖于CPU的体系结构外，Bootloader实际上也依赖于具体的嵌入式板级设备的配置。
　　（2）Bootloader的存储位置。
　　系统加电或复位后，所有的CPU通常都从某个由CPU制造商预先安排的地址上取指令。而基于CPU构建的嵌入式系统通常都有某种类型的固态存储设备（比如ROM、EEPROM或Flash等）被映射到这个预先安排的地址上。因此在系统加电后，CPU将首先执行Bootloader程序。
　　（3）Bootloader的启动过程分为单阶段和多阶段两种。通常多阶段的Bootloader能提供更为复杂的功能，以及更好的可移植性。
　　（4）Bootloader的操作模式。大多数Bootloader都包含两种不同的操作模式：“启动加载”模式和“下载”模式，这种区别仅对于开发人员才有意义。
　　n 启动加载模式：这种模式也称为“自主”模式。也就是Bootloader从目标机上的某个固态存储设备上将操作系统加载到RAM中运行，整个过程并没有用户的介入。这种模式是嵌入式产品发布时的通用模式。
　　n 下载模式：在这种模式下，目标机上的Bootloader将通过串口连接或网络连接等通信手段从主机（Host）下载文件，比如：下载内核映像和根文件系统映像等。从主机下载的文件通常首先被Bootloader保存到目标机的RAM中，然后再被Bootloader写入到目标机上的Flash类固态存储设备中。Bootloader的这种模式在系统更新时使用。工作于这种模式下的Bootloader通常都会向它的终端用户提供一个简单的命令行接口。
　　（5）Bootloader与主机之间进行文件传输所用的通信设备及协议，最常见的情况就是，目标机上的Bootloader通过串口与主机之间进行文件传输，传输协议通常是xmodem/ ymodem/zmodem等。但是，串口传输的速度是有限的，因此通过以太网连接并借助TFTP等协议来下载文件是个更好的选择。
　　2．Bootloader启动流程
　　Bootloader的启动流程一般分为两个阶段：stage1和stage2，下面分别对这两个阶段进行讲解。
　　（1）Bootloader的stage1。
　　在stage1中Bootloader主要完成以下工作。
　　n 基本的硬件初始化，包括屏蔽所有的中断、设置CPU的速度和时钟频率、RAM初始化、初始化外围设备、关闭CPU内部指令和数据cache等。
　　n 为加载stage2准备RAM空间，通常为了获得更快的执行速度，通常把stage2加载到RAM空间中来执行，因此必须为加载Bootloader的stage2准备好一段可用的RAM空间。
　　n 复制stage2到RAM中，在这里要确定两点：①stage2的可执行映像在固态存储设备的存放起始地址和终止地址；②RAM空间的起始地址。
　　n 设置堆栈指针sp，这是为执行stage2的C语言代码做好准备。
　　（2）Bootloader的stage2。
　　在stage2中Bootloader主要完成以下工作。
　　n 用汇编语言跳转到main入口函数。
　　由于stage2的代码通常用C语言来实现，目的是实现更复杂的功能和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这样的程序时，不能使用glibc库中的任何支持函数。
　　n 初始化本阶段要使用到的硬件设备，包括初始化串口、初始化计时器等。在初始化这些设备之前可以输出一些打印信息。
　　n 检测系统的内存映射，所谓内存映射就是指在整个4GB物理地址空间中指出哪些地址范围被分配用来寻址系统的内存。
　　n 加载内核映像和根文件系统映像，这里包括规划内存占用的布局和从Flash上复制数据。
　　n 设置内核的启动参数。