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Bootloader是嵌入式系統軟件開發的第一個環節，它緊密地將軟硬件銜接在一起，對于一個嵌入式設備后續的軟件開發至關重要。Blob是一款功能強大的Bootloader，S3C44B0是三星公司一款基于ARM7TDMI的嵌入式通用處理器。本文詳細介紹Blob在基于S3C44B0的開發板上的運行原理與移植過程。 Bootloader對于嵌入式設備來說至關重要，它涉及到許多硬件相關的知識。對于自制的嵌入式開發板，它又是不可跳過的步驟，所以很多人對于它感到很頭痛。本文將以一款優秀的Bootloader Blob為例，詳細講解它的運行原理以及在S3C44B0通用處理器上的移植過程，為在嵌入式設備上的后續軟件開發打下基礎。 1 Blob簡介 Blob是Boot Loader Object的縮寫，是一款功能強大的Bootloader。它遵循GPL，源泉代碼完全開放。Blob既可以用來簡單的調試，也可以啟動Linux kernel。Blob最初是Jan-Derk Bakker和Erik Mouw為一塊名為LART（Linux Advanced Radio Terminal)的板子寫的，該板使用的處理器是StrongARM SA-1100。現在Blob已經被移植到了很多CPU上，包括S3C44B0。 MBA44B0是一款基于S3C44B0的開發板。本文將以運行在MBA44B0開發板上的Blob的源代碼為基礎，再針對自己的開發板進行Blob的移植。 開發板的主要配置為： *三星ARM7處理器S3C44B0； *2MB的Flash，地址范圍0x0000 0000～0x0020 0000; *8MB的SDRAM，地址范圍0x0c00 0000～0x0c80 0000; *1個串口，2個LED燈； *JTAG接口； *晶振為6MHz，系統主頻為60MHz。 2 Blob的運行過程分析 圖1為Blob程序啟動流程 Blob編譯后的代碼定義最大為64KB，并且這64KB又分成兩個階段來執行。第一階段的代碼在start.s中定義，大小為1KB，它包括從系統上電后在0x00000000地址開始執行的部分。這部分代碼運行在Flash中，它包括對S3C44B0的一些寄存器的初始化和將Blob第二階段代碼從Flash拷貝到SDRAM中。除去第一階段的1KB代碼，剩下的部分都是第二階段的代碼。第二階段的起始文件為trampoline.s，被復制到SDRAM后，就從第一階段跳到這個文件開始執行剩余部分代碼。第二階段最大為63KB，單詞trampoline詞義為“蹦床”，所以在這個程序中進行一些BSS段設置，堆棧的初始化等工作后，最后跳轉到main.c進入C函數。 我們的移植主要需要對上述的幾個文件進行修改。在進行移植以前，首先需要對存儲器的地址空間分配了解清楚。關于存儲器空間的定義在/include/blob arch/mba44b0.h中。 圖2為在Flash中的存儲器空間分布，圖3為啟動后在SDRAM中的存儲器空間分布。 如圖2所示，2MB的Flash空間分別分配給出Blob、kernel、ramdisk。系統上電后，先執行第一階段代碼，進行相應的初始化后，將Blob第二階段代碼復制的RAM地址bloc_abs_base，然后跳轉到第二階段開始執行。 在第二階段中，從匯編跳轉到C的Main()函數，繼續進行如下工作： *外圍的硬件初始化（串口，USB等）； *從Flash中將kernel加載到SDRAM的kernel區域； *從Flash中的ramdisk加載到SDRAM的ramdisk區域； *根據用戶選擇，進入命令行模塊或啟動kernel。 在我們使用的開發板上，kernel選用uClinux。由于Flash的存儲空間有限，所以存放在Flash中的uClinux內核是經過壓縮的。Blob將壓縮的uClinux內核加載到SDRAM地址0x0C300000。如果選擇啟動uClinux，那么壓縮的uClinux內核將自解壓.Text段到0x0c00800(見uClinux/arch/armnommu/Makefile)，然后再跳轉到核處，開始運行uClinux。具體的uClinux移植在此就不詳細討論了。 在SDRAM的存儲器空間分配圖中，可以看到有blob_base和blob_abs_base兩部分。blob_abs_base大家已經知道了，是Blob將自身的第二階段代碼復制到SDRAM所在的區域，而blob_base則是從Blob進行自升級或調試的區域。舉例說明，假如Blob已經能正常運行了，但是對于Flash的擦寫還不能支持得很好，就可以使用已經運行的Blob通過串口將所新編譯好的Blob下載到SDRAM中該區域進行運行調試。調試通過后，可以通過Blob燒寫進Flash，覆蓋原來的Blob進行升級。這樣就不必因為對Blob做了一點小的改動就重新燒寫Flash，從而減少了燒寫Flash的次數。 3 Blob的移植 對Blob的運行有了一定了解后，就可以進行Blob的具體移植了。首先要修改的start.s文件，具體工作如下： *屏蔽掉看門狗WTCON； *配置寄存器SYSCFG暫時關閉緩存，等Blob運行穩定后再開啟提高性能； *初始化I/O寄存器； *屏蔽中斷； *配置PLLCON寄存器，決定系統的主頻； *調用ledasm.s，在串口未初始化時led狀態對于程序是否正常運行很重要； *調用memsetup-s3c44b0.s中的memsetup進行初始化存儲器空間，初始化SDRAM刷新速率等； *將第二階段復制到SDRAM，并且跳轉到第二階段。 在ledasm.s中，提供了led的匯編的語言驅動程序。在Blob還有個led.c文件，它和ledasm.s原理一樣，只不過是在C語言中調用的。修改led是為了方便初期階段的調試。在這里根據自己的開發板進行修改。 在memsetup-s3c44b0.s中，修改MEMORY_CONFIG中設置存儲器相關的配置，并設定SDRAM刷新速度，相關源碼如下所示： MEMORY_CONFIG： .long 0x11101002 /*進行存儲器的配置，SDRAM刷新速度配置等*/ … /*這里需要根據不同情況進行修改*/ .long 0x20 .globl memsetup /*定義全局標號，以便能被start.s調用*/ memsetup: ldr r0,=MEMORY_CONFIG /*進行配置*/ ldmia r0,{r1-r13} ldr r0,=0x01c80000 stmia r0,{r1-r13} mov pc,lr /*程序返回*/ Trampoline.s不需要進行修改。 進入Main()后，串口傳輸速度在結構體blob_status中設定： blob_status.downloadSpeed=baud_115200; blob_status.terminalSpeed=baud_115200; 串口的初始化相關代碼定義在函數s3c44b0_serial_init()中，該函數在serial-s3c44b0.c中。對于S3C44B0的串口，一般只需要初始化下面四個寄存器串口就可以正常工作。如果不能工作，可能是系統時鐘設置不同，只需要按照下列公式計算出divisor： divisor=(int)(MCLK/(baud%26;#215;16)) -1 替換下面的divisor即可。其中MCLK為系統主頻，baud為波特率。 /*serial-s3c44b0.c中中s3c44b0_serial_init()函數初始化串0部分*/ REG（UFCON0）=0x0；/*關閉FIFO*/ REG（ULCON0）=0x03;/*設置數據位8，無奇偶校驗，1位停止位*/ REG（UCON0）=0x0；/*脈沖中斷，中斷請求或查詢模式*/ REG（UBRDIV0）=divisor;/*設置波特率*/ 至此，初級移植工作已經完成，運行./configure ith-board=mba-44b0-with-linux-prefix=/path/to/linux-src進行相關配置。在此還可以加一些開關選項進行配置，具體請參閱Blob自帶文檔。如果沒有錯誤，就可以make進行編譯了。如果編譯正確，可在blob/src/blob下得到bin格式的Blob，將其燒寫到Flash即可運行。關于Blob第一部分和第二部分的鏈接腳本，可以在start-ld-script和rest-ld-script.in中看到相關的鏈接地址，編譯器是根據這些地址鏈接程序的。在blob/src/blob/Makefile中可以看到，兩個階段分別以blob-start和blob-rest來編譯，最后通過dd命令將它們組成一個完事的Blob二進制文件。 （1）命令行的修改 在筆者使用的Blob版本中，BackSpace不能起作用，這對于調試非常的不方便。查閱源碼，可以發現在src/blob/lib/command.c中，GetCommand函數中定義著人機交互部分。將else if(c==""這一行修改為else if(c==0x7f),即可支持Backspace功能。 （2）Blob的運行 如果在前面的工作中沒有什么問題的話，將blob/src/blob/blob文件燒寫進Flash后，上電就可以從串口看到歡迎信息。加載linux內核和文件系統的后，等待幾秒，如果沒有操作，將啟動操作系統，否則出現提示符： Blob> 表示進入Blob。在該模式下提供了許多命令，可以方便地進行硬件調試、系統升級和系統引導。 Blob常用的命令有：blob、boot、xdownload、flashreload、dump、reblob、status等。 不同的Flash操作有所不同。筆者發現通過Blob燒寫Flash的軟件有些問題，為了調試方便，決定編寫自已的Flash驅動程序。 （3）Flash驅動程序的編寫 Flash作為非易失性的存儲器，在開發板上的作用是能保存數據且掉電不丟失。和EPROM最大的不同在于，對Flash編程不需要對特定的引腳加高電平，只是對特定地址寫入一組特定的數據即可進行編程，這樣就直接在開發板上通過軟件進行擦寫，不必使用特定的編程器。但是它的缺點也是很明顯的：操作過于復雜，SST39VF160是SST公司的一款16M位的Flash，16位數據線寬度，共2MB容量，分為512個扇區，每個扇區有4KB，或32個塊（block），每個塊64KB。對Flash編程之前，必須對相應的扇區、塊或者整個芯片進行擦除后，才能進行編程。 通過S3C44B0進行Flash的燒寫需要注意幾點：首先，S3C44B0外部地址總線是根據外部數據總線寬度連接的。例如，本開發板外部數據總線為16位寬度，這樣S3C44B0的地址線A0就沒有接入外部地址總線，而是從A1接起。 對Flash編程需要對Flash寫入一個特定的時序。如果S3C44B0尋址0x5555，由于外部總線錯了一位，這樣在Flash看來發過來的地址信號是0xAAAA，也就不能正確地完成操作。注意到這一點，根據Blob自帶的Flash驅動程序，就可以很方便地改寫出適合自己Flash驅動程序。 結語 根據筆者經驗介紹了Blob在S3C44B0上的移植，目前它已經能穩定地運行在開發板上；并且可以進行燒寫Flash，查看內存，引導uClinux等操作，為項目的后續開發奠定了良好的基礎。 |
