引導加載程序

1、1.引言在專用的嵌入式板子運行GNULinux系統(tǒng)已經(jīng)變得越來越流行。一個嵌入式Linux系統(tǒng)從軟件的角度看通?？梢苑譃樗膫€層次：1.引導加載程序。引導加載程序。包括固化在固件(firmware)中的boot代碼(可選)，和BootLoader兩大部分。2.LinuxLinux內(nèi)核。內(nèi)核。特定于嵌入式板子的定制內(nèi)核以及內(nèi)核的啟動參數(shù)。3.文件系統(tǒng)。文件系統(tǒng)。包括根文件系統(tǒng)和建立于Flash內(nèi)存設備之上文件系統(tǒng)。通常用ramdisk來作為

2、rootfs。4.用戶應用程序。用戶應用程序。特定于用戶的應用程序。有時在用戶應用程序和內(nèi)核層之間可能還會包括一個嵌入式圖形用戶界面。常用的嵌入式GUI有：MicroWindows和MiniGUI懂。引導加載程序是系統(tǒng)加電后運行的第一段軟件代碼?；貞浺幌翽C的體系結(jié)構我們可以知道，PC機中的引導加載程序由BIOS(其本質(zhì)就是一段固件程序)和位于硬盤MBR中的OSBootLoader（比如，LILO和GRUB等）一起組成。BIOS在完成硬

3、件檢測和資源分配后，將硬盤MBR中的BootLoader讀到系統(tǒng)的RAM中，然后將控制權交給OSBootLoader。BootLoader的主要運行任務就是將內(nèi)核映象從硬盤上讀到RAM中，然后跳轉(zhuǎn)到內(nèi)核的入口點去運行，也即開始啟動操作系統(tǒng)。而在嵌入式系統(tǒng)中，通常并沒有像BIOS那樣的固件程序（注，有的嵌入式CPU也會內(nèi)嵌一段短小的啟動程序），因此整個系統(tǒng)的加載啟動任務就完全由BootLoader來完成。比如在一個基于ARM7TDMIce

4、的嵌入式系統(tǒng)中，系統(tǒng)在上電或復位時通常都從地址0x00000000處開始執(zhí)行，而在這個地址處安排的通常就是系統(tǒng)的BootLoader程序。本文將從BootLoader的概念、BootLoader的主要任務、BootLoader的框架結(jié)構以及BootLoader的安裝等四個方面來討論嵌入式系統(tǒng)的BootLoader。2.BootLoader的概念簡單地說，BootLoader就是在操作系統(tǒng)內(nèi)核運行之前運行的一段小程序。通過這段小程序，我們

5、可以初始化硬件設備、建立內(nèi)存空間的映射圖，從而將系統(tǒng)的軟硬件環(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)核準備好正確的環(huán)境。通常，BootLoader是嚴重地依賴于硬件而實現(xiàn)的，特別是在嵌入式世界。因此，在嵌入式世界里建立一個通用的BootLoader幾乎是不可能的。盡管如此，我們?nèi)匀豢梢詫ootLoader歸納出一些通用的概念來，以指導用戶特定的BootLoader設計與實現(xiàn)。1.BootLoader所支持的CPU和嵌入式板每種

6、不同的CPU體系結(jié)構都有不同的BootLoader。有些BootLoader也支持多種體系結(jié)構的CPU，比如UBoot就同時支持ARM體系結(jié)構和MIPS體系結(jié)構。除了依賴于CPU的體系結(jié)構外，BootLoader實際上也依賴于具體的嵌入式板級設備的配置。這也就是說，對于兩塊不同的嵌入式板而言，即使它們是基于同一種CPU而構建的，要想讓運行在一塊板子上的BootLoader程序也能運行在另一塊板子上，通常也都需要修改BootLoader的

7、源程序。次安裝內(nèi)核與根文件系統(tǒng)時被使用；此外，以后的系統(tǒng)更新也會使用BootLoader的這種工作模式。工作于這種模式下的BootLoader通常都會向它的終端用戶提供一個簡單的命令行接口。像Blob或UBoot等這樣功能強大的BootLoader通常同時支持這兩種工作模式，而且允許用戶在這兩種工作模式之間進行切換。比如，Blob在啟動時處于正常的啟動加載模式，但是它會延時10秒等待終端用戶按下任意鍵而將blob切換到下載模式。如果在1

8、0秒內(nèi)沒有用戶按鍵，則blob繼續(xù)啟動Linux內(nèi)核。6.BootLoader與主機之間進行文件傳輸所用的通信設備及協(xié)議最常見的情況就是，目標機上的BootLoader通過串口與主機之間進行文件傳輸，傳輸協(xié)議通常是xmodem／ymodem／zmodem協(xié)議中的一種。但是，串口傳輸?shù)乃俣仁怯邢薜模虼送ㄟ^以太網(wǎng)連接并借助TFTP協(xié)議來下載文件是個更好的選擇。此外，在論及這個話題時，主機方所用的軟件也要考慮。比如，在通過以太網(wǎng)連接和TFT

9、P協(xié)議來下載文件時，主機方必須有一個軟件用來的提供TFTP服務。在討論了BootLoader的上述概念后，下面我們來具體看看BootLoader的應該完成哪些任務。3.BootLoader的主要任務與典型結(jié)構框架在繼續(xù)本節(jié)的討論之前，首先我們做一個假定，那就是：假定內(nèi)核映像與根文件系統(tǒng)映像都被加載到RAM中運行。之所以提出這樣一個假設前提是因為，在嵌入式系統(tǒng)中內(nèi)核映像與根文件系統(tǒng)映像也可以直接在ROM或Flash這樣的固態(tài)存儲設備中直接

10、運行。但這種做法無疑是以運行速度的犧牲為代價的。從操作系統(tǒng)的角度看，BootLoader的總目標就是正確地調(diào)用內(nèi)核來執(zhí)行。另外，由于BootLoader的實現(xiàn)依賴于CPU的體系結(jié)構，因此大多數(shù)BootLoader都分為stage1和stage2兩大部分。依賴于CPU體系結(jié)構的代碼，比如設備初始化代碼等，通常都放在stage1中，而且通常都用匯編語言來實現(xiàn)，以達到短小精悍的目的。而stage2則通常用C語言來實現(xiàn)，這樣可以實現(xiàn)給復雜的功能