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1 引言 Boodoader(引導加載程序)是CPU復位后和進入操作系統之前執行的一段代碼，主要用于完成由硬件啟動到操作系統啟動的過渡，為操作系統提供基本的運行環境，如初始化CPU、堆棧、存儲器系統等。Bootloader代碼與CPU的內核結構、具體型號等因素有關，其功能類似于通用PC的BOIS程序。除了依賴CPU的體系結構外，Bootloader實際上還依賴于具體的嵌入式板級設備的配置。也就是說，對于二塊不同的嵌入式板，即使它們使用相同的CPU構建，要想讓運行在其中一塊板上的Bootloader程序也能運行在另一塊板上，通常也都需要修改Boofloader的源程序。因此，在嵌入式系統的開發中不可能有通用的Bootloader，開發時用戶要根據具體的系統設計要求進行移植。 從嵌入式系統的實際開發角度講，嵌入式操作系統的引導、配置甚至應用程序的運行狀況都與Bootloader有一定的關聯，可以說，掌握Bootloader移植是順利進行嵌入式系統開發的重要利器。在嵌入式Linux系統中，PPCBoot是功能強大的Boot-loader，它支持多種CPU體系結構，但相對也比較復雜。 本文以MPC8250微處理器和嵌入式Linux為背景，針對性的提供了PPCBOOt在開發板上的移植方法，可以應用在基于MPC82xx系列處理器的嵌入式Linux系統應用開發中。 2 PPCBoot簡介 PPCBoot是德國DENX小組開發的用于多種嵌入式CPU的Bootloader引導程序，主要由德國的工程師Wolfgang Denk和Intemet上的一群自由開發人員對其進行維護和開發。支持PowerPC、ARM、MIPS、m68K等多種處理器平臺，易于裁剪和調試。 PPCBoot遵循GPL(通用公共許可)公約，完全開放源代碼。PPCBoot源代碼可以在sourceforge網站的社區服務器中獲得，它的項目主頁是http：//sourceforge． net/projects/ppcboot，也可以從DENX的網站htrp：//www.denx.de下載。筆者使用的版本是PPCBoot-2.0.0。 PPCBoot的主要特點如表1所列。 3 PPCBoot的運行流程 當MPC8250上電或者施加復位信號時，CPU通過讀取數據總線D[0：3l]上的值或根據內部的缺省常數D[0：31]=0x00000000，確定它的狀態。如果CPU在讀取總線值時，RSTCONF#滯表示低電平有效，以下類同)為低電平，則硬復位配置字(HRCW)從總線上讀取，若RSTCONF#為高電平，則HRCW選用內部的默認值。 上電后，啟動存儲控制器CSO#(對應于Flash的片選信號)有效，選中Flash，CPU地址線上輸出硬件復位中斷向量對應的地址0x00000100，開始讀第1條指令，在PPCBoot中，這條指令對應于/ppcboot/cpu/mpc8260/start.S中的_start：標號處。下面介紹具體的啟動過程。 (1)運行start.S(/ppcboot/cpu/mpc8260/start.S)從一start：標號處執行。在完成CPU本身基本的初始化后，主要是初始化CPU內部寄存器的一些狀態，主要設置IMMR、ICTRL、D-cache、I-cache等。從in_flash：處執行，設置C語言工作環境，再調轉到代碼bl cpu_init_f(第2步)和bl board_init_f(第3步)。 (2)CPU的底層初始化(/ppcboot/cpu/mpc8260/epu_init.C)從start.S中跳轉到函數cpu_init_f(volatileimmap_t*immr)處，進行CPU的底層初始化，主要設置了watchdog、SIUMCR寄存器、時基(timebase)寄存器、PIT(周期中斷寄存器)、鎖相環、系統定時器、存儲控制器和CPM等。 (3)板上的第1次初始化(/ppcboot/lib_ppc/board.c)完成第2步后，返回地址放人LR寄存器中，再從start.S中跳轉到函數board_init_f(ulong bootflag)處，該函數實現板上的第1次初始化，完成SMC初始化和一些硬件測試。尤其是RAM初始化，并分配內存空間，保存板子的信息，準備好在RAM中重定向代碼。然后調用relocate_code函數，將PPCBoot移到RAM中運行。 (4)搬運代碼到內存中(/ppeboot/cpu/mpc8260/8tart.s) 從函數board_init_f跳到/ppcboot/cpu/mpc8260/start.S中的relocate_code()函數處，然后將代碼搬至SDRAM工作，調整GOT表，做一些重定位后開始在RAM中運行代碼。 (5)板上的第2次初始化(/ppcboot/lib_ppc/board.C)在relocate_code()函數后將跳轉到board_init_r()函數處執行第2次初始化，主要完成一些數據結構、高端模塊及系統設備的相關初始化。 (6)命令的解析與執行(/ppcboot/commom/main.C)在進行初始化后，PPCBoot會執行函數board_init_r()中的main_loop()函數循環，即監控程序。PPCBoot的監控程序會根據用戶從控制臺的輸入完成預先設定的工作。該函數在/ppebooffeommom/main.c中。在函數main_loop()會調用/ppeboot/com-mom/main.C中的run_command()函數完成命令的解析，并轉去執行相應的處理函數。 4 PPCBoot源代碼的修改和編譯 要將PPCBoot移植到新的開發板上，應該根據具體的系統設計要求，按照系統硬件配置修改PPC-Boot的源代碼。 移植主要包括2個層面的移植，第1層是針對CPU的移植，PPCBoot支持的CPU類型在目錄/cpu中，MPC8250對應在/cpu/mpe8260目錄；第2層是針對具體board的移植，這主要根據開發者自己的具體設計修改代碼。為了減少工作量，可以從PPC-Boot支持的demo板選擇1個和自己的開發板硬件相似的板子作為模板，這里，筆者選擇MPC8260ADS板作為參考板，直接修改與該板上相關的源代碼文件。 4．1 開發板硬件 在修改PPCBoot源代碼之前，要了解開發板的硬件配置情況，根據硬件配置對源代碼中的配置值做相應的修改，表2列舉出板子的硬件基本信息。另外，MPC8250開發板的外圍設備接口主要有10/100M自適應網卡接口、RS232串口、PCI接口和全功能JTAG調試接口等。 4．2 修改PPCBoot源代碼 從移植PPCBoot的最小要求和PPCBOOt能正常啟動的角度出發，并比較MPC8260ADS板和開發目標板異同之后，主要考慮修改以下文件。 (1)修改頭文件mpc8260ads.h。mpe8260ads.h是板子的配置文件，它配置了板子的CPU、系統時鐘、SDRAM、Flash系統及其他所有開發板的信息，是需要修改的最重要的文件。 在該文件中設置IMMR CPU寄存器基地址，注意該值必須與操作系統的設置一樣。 #define CFG—IMMR 0xF0000000 設置CPU時鐘 #define CONFIG_8260_CLKIN 33333333 /*in Hz */ 設置：Flash、SDRAM，包括基址、大小、環境參數的偏移和大小，還有內存刷新周期，都要根據目標板的具體情況設置；設置環境參數，用于網絡下載、啟動；另外，BR0、OR0、BR1、OR1等內存控制值，Watch．dog及一些目標板特定的參數也要根據實際情況設置。 (2)Linux啟動時，要從PPCBoot獲得內存基地址和大小、時鐘頻率、波特率、IP地址等參數，所以ppcbooth文件中定義的結構體bd-info的成員順序必須與Linux操作系統的定義保持一致，實現參數的正確傳遞。 (3)修改mpc8260ads.c。mpe8260ads.c中配置了I/O端口表，初始化SDRAM，完成板子的校驗工作。其中，I/O端口表配置了網絡端口和板上其他一些通用I/O端口，函數initdram根據SDRAM寄存器的配置完成SDRAM的初始化。 (4)修改config.mk。修改ppcboot/board/mpc826Oads/config.mk，設置TEXT_BASE=0xEF000000，使得TEXT_BASE的值和頭文件中CFG_FLASH_BASE的值一樣，這個值定義啟動地址。 4．3 編譯PPCBoot 在代碼修改完成后，就要進行重新編譯，對PPC-Boot的編譯需要在Linux主機上建立PowerPC的交叉編譯環境器。自己動手一步一步建立交叉編譯環境通常比較復雜，最簡單的方法是使用別人編譯好的交叉編譯工具。筆者使用的是MontaVista提供的完整的開發工具集CDK。 在RedHat Linux9.O主機上建立好交叉編譯工具后，要修改PPCboot目錄下的Makefile文件，指定交叉編譯器的完整路徑名，然后用下面的命令進行配置和編譯： #make MPC8260ADS_ config #make 編譯完成后，得到3個文件： * ppcboot：這是ELF(Executable and Link Format)格式的文件，可以被大多數Debug程序識別。 *ppcboot.bin：這是二進制bin文件，純粹的ppeboot的二進制執行代碼，不包含ELF格式和調試信息。這個文件一般用于安裝燒錄ppcboot到用戶的開發板。 *ppcboot．srec：Motorola的S-Record格式．是可以通過串口下載到開發板中的文件。 5 移植PPCBoot 編譯好的ppcboot．bin文件通過JTAG接口下載到Flash的起始地址處，再次上電后，就可以看到PPCBoot的啟動信息： PPCBoot 2．0．O(Jul 12 2005—18：21：391 RewinTeeh：Fengjunping&&Huangjianzhong MPC8260 Reset Status：External Soft．Extemal Hard MPC8260 Clock Configuration —Bus—to—C0re Mull 5x．VCO Div 2,60x Bus Freq 20—60，Core Freq 100-300一dtbrg 0，coreenf Oxob，busdf 5，cpmdf 1，plldf 0，pnmf 2 一vco__out 199999998，scc_elk 49999999，brg_elk49999999 一cpu_clk 166666665，epm_clk 99999999，bus_clk33333333 CPU： MPC8260(Rev 14，Mask unknown[immr=0x0064，k=0x002d])at 166．666 MHz Board：Motorola MPC8260ADS I2C：ready DRAM：16MB F1ash：16 MB ***Warning—bad CRC．using default environment In： serial Out：serial Err：serial stan linux now(y／n)：=＞ 輸入help得到所有命令列表，help command列出該命令的功能。緊接著測試Flash和網卡，如果都正常工作，表明移植PPCBoot的工作基本完成，可以接著調試內核和文件系統。 實際過程中可能由于考慮不周而需要多次修改。移植成功后，也可以添加一些其他功能(如LED的驅動等)，在此基礎上添加功能相對比較容易。 6 結束語 Bootloader在嵌入式開發中是操作系統和硬件的樞紐，它為操作系統內核的啟動提供了必要的條件和參數。在移植過程中，開發人員除了要掌握Bootloader的結構和工作流程外，還要對相關硬件有一定的了解。目前，筆者移植的PPCBoot已經能夠穩定地運行在開發板上，而且可以通過FIash和網絡加載內核和文件系統，為后續開發特別是驅動程序的開發奠定了良好的基礎。對于不同的CPU和開發板，其基本方法和步驟是相同的，筆者希望自己的經驗能對有關嵌入式設計人員提供幫助。 |
