bootloader编写指南

### Bootloader编写指南 #### 概述 Bootloader作为嵌入式系统中极其关键的组成部分，在启动过程中扮演着举足轻重的角色。它不仅能够初始化硬件设备，还负责建立内存空间映射，确保系统处于适宜状态，从而为操作系统内核的成功加载提供必要条件。本文将详细介绍Bootloader的基本概念、功能、分类及其实现方法。 #### Bootloader概念 Bootloader是在操作系统内核运行之前执行的一段小程序。它的主要任务包括但不限于： - 初始化硬件设备。 - 建立内存空间的映射图。 - 将系统的软硬件环境带到一个适合的状态，以便为最终调用操作系统内核准备好正确的环境。 由于Bootloader高度依赖于特定的硬件平台，特别是对于嵌入式系统来说，几乎不可能创建一个通用的Bootloader来满足所有硬件需求。不同的CPU架构通常对应着不同的Bootloader实现方式。 #### Bootloader的工作原理 1. **CPU和嵌入式板支持**：每种不同的CPU体系结构都有对应的Bootloader。例如，基于ARM7TDMI核心的处理器在复位时通常从地址0x00000000处取第一条指令。 2. **设备控制机制**：主机与目标机之间的连接通常是通过串行端口建立的。Bootloader在运行过程中通常会利用串行端口进行输入输出操作，如输出信息到串口、从串口读取用户输入。 3. **操作模式**： - **启动加载模式**：此模式下，Bootloader自动从目标机上的固态存储设备上加载操作系统到RAM中运行，无需用户干预。 - **下载模式**：在这种模式下，Bootloader通过网络或串行端口从主机下载文件到目标机的RAM中，并将其写入到目标机的闪存设备中。这种模式常用于首次安装内核和根文件系统，或之后的系统更新。 #### Linux的开放源码Bootloader及其支持架构 Linux社区中存在多种开源Bootloader，这些Bootloader支持不同的架构并具备各自的特点： 1. **LILO** - **说明**：Linux主要的磁盘引导加载程序。 - **支持架构**：不详。 2. **GRUB** - **说明**：LILO的GNU版本替代者。 - **支持架构**：不详。 3. **ROLO** - **说明**：无需BIOS即可从ROM加载Linux。 - **支持架构**：不详。 4. **Loadlin** - **说明**：从DOS加载Linux。 - **支持架构**：不详。 5. **Etherboot** - **说明**：可以从以太网卡启动系统的ROMable loader。 - **支持架构**：不详。 6. **LinuxBIOS** - **说明**：基于Linux的BIOS替代品。 - **支持架构**：不详。 7. **Compaq的bootldr** - **说明**：主要用于CompaqiPAQ的多功能加载程序。 - **支持架构**：不详。 8. **blob** - **说明**：来自LART硬件项目的加载程序。 - **支持架构**：不详。 9. **PMON** - **说明**：Agenda VR3中所使用的加载程序。 - **支持架构**：不详。 10. **sh-boot** - **说明**：Linux SH计划的主要加载程序。 - **支持架构**：不详。 11. **U-Boot** - **说明**：以PPCBoot和ARMBoot为基础的通用加载程序。 - **支持架构**：不详。 12. **RedBoot** - **说明**：以eCos为基础的加载程序。 - **支持架构**：不详。 #### Bootloader的作用 Bootloader在启动过程中承担了多项重要职责： - **设计程序入口指针**：定义程序的起始位置。 - **建立异常中断处理向量**：设置异常和中断处理程序的入口。 - **初始化CPU的各种模式下的堆栈和寄存器**：配置CPU的初始运行环境。 - **初始化系统中的各种片内外设**：使系统外围设备就绪。 - **初始化目标板**：对特定硬件平台进行必要的设置。 - **引导操作系统**：加载操作系统内核并传递控制权给操作系统。 #### 典型嵌入式Bootloader实例：vivi Vivi是一款由韩国Mizi公司开发的Bootloader，广泛应用于嵌入式系统中。它具有以下特点： - **高度定制性**：可根据不同硬件平台进行定制化开发。 - **易于移植**：支持多种处理器架构，如ARM、MIPS等。 - **功能丰富**：除了基本的启动功能外，还支持网络下载等多种高级特性。 Bootloader是嵌入式系统启动过程中不可或缺的一部分，其设计与实现直接关系到整个系统的稳定性和可靠性。通过对Bootloader的基本概念、工作原理以及典型实例的了解，可以更好地掌握这一技术领域。