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ARM嵌入式處理器已被廣泛應用于消費電子產品、無線通信、網絡通信和工業控制等領域。其中，ARM9的芯片更是以其低價格、低功耗、高性能在手持設備中占據著重要市場。在嵌入式操作系統中，Linux，Vxworks，WinCE三足鼎立，其中Linux由于其開源性、穩定性、安全性、可裁減性更是一支獨放。在嵌入式系統中，如何實現在ARM9平臺下Linux操作系統的引導工作是嵌入式技術開發的重要環節。 1 嵌入式系統的軟件組成 1．1 系統的軟件組成 嵌入式的軟件系統主要由Bootloader、操作系統、文件系統、應用程序等組成。其中，Bootloader是介于硬件和操作系統之間的一層，其作用就好像PC機中的BIOS。系統加電運行后，由系統自動加載。通過這段程序，可以初始化硬件設備，建立內存空間的映射圖，從而將系統的硬件環境帶到一個合適的狀態，以便為最終調用操作系統內核準備好環境。對于一個嵌入式系統，通常BootLoader是依賴于硬件而實現的。對于不同類型的嵌入式芯片、不同的操作系統和外圍接口都需要重新移植、修改和編譯Bootloader。 1．2 U-Boot分析 嵌入式Linux系統中常用的Bootloader引導程序有U-Boot，redboot，blob和vivi等，其中U-Boot遵循GPL條款的開放源碼項目，功能最為強大；U-Boot對PowerPC系列處理器支持最豐富，同時還支持MIPS，x86，ARM，Nios，XScale等諸多常用系列的處理器；U-Boot引導程序分為Stage 1和Stage 2兩大部分，Stage 1中主要包括設備初始化、中斷設置、時鐘設置和存儲器初始化等工作，并且采用匯編語言實現，而一些通用功能大多采用C語言實現，放在Stage 2中。 2 U-Boot的啟動分析 Stage 1的代碼在CPU／arm920t／start．s中定義，它包括從系統上電后在0x00000000地址開始執行的部分。這部分代碼系統啟動后，從NAND FLASH自動加載到SDRAM中，它包括對S3C2410A中寄存器的初始化和將U-Boot的Stage 2代碼從FLASH拷貝到SDRAM。Stage 2的起始地址是在Stage1代碼中指定的。被復制到SDRAM后，就從第一階段跳到這個入口地址，開始執行剩余部分代碼。第二階段主要是對內存的分配，對NAND FLASH以及對外圍設備的初始化，其代碼在lib-arm／board．C中。啟動的流程分析如圖1所示。 (1)跳轉到C語言程序之后，首先定義初始化函數表，程序在lib-arm／board．e中，如下所示： (2)初始化FLASH設備和顯示FLASH設備信息； (3)初始化系統內存分配函數； (4)如果目標系統擁有NAND設備，則初始化NAND設備； (5)初始化顯示設備； (6)初始化網絡設備，填寫IP地址、MAC地址等信息； (7)開啟中斷處理； (8)進入命令循環，接收用戶從串口的命令輸入。 3 U-Boot的移植方法 本文選用交叉編譯環境arm-linux-gcc-2．95．3，選用U-Boot-1．1．4版本作為移植平臺。為了使U-Boot支持新的開發板，一種簡便的做法是在U-Boot已經支持的開發板中選擇一種與目標板接近的，在其基礎上進行修改。這里選用的是smdk2410的配置。 3．1 修改cpu／arm920t／start．S文件 Start．s是采用匯編語言編寫的U-Boot程序入口代碼，完成對底層硬件的初始化，其中有一個很重要的功能是從NAND FLASH中把Stage 2階段的代碼復制到SDRAM中。在此階段，涉及到對NANDFLASH的讀操作，在U-Boot中，沒有對NANDFLASH讀操作的驅動，采用以下方法實現： 通過調用board／smdk2410／nand_read．C中的nand_read_11函數將Stage 2階段的代碼復制到ram中。 3．2 修改board／smdk2410目錄下文件 (1)增加對NANDFLASH的讀驅動nand_read．c (2)在smdk2410．C文件中添加對NANDFLASH初始化的程序 在此主要是對主板的GPIO的一些設置，并加上對NANDFLASH初始化程序。 (3)在該目錄下的Makefile文件中添加nand_read．C文件的編譯 OBJS：=smdk24 10．o FLASH．o nand_read．o 3．3 在include文件中設置NAND FLASH硬件參數 在／linux／mtd／nand_ids．h中設置參數： 3．4 編譯與運行 配置好以后，進入U-Boot主目錄，重新編譯U-Boot代碼，運行命令： (1)查看交叉編譯器的版本號 arm-linux-gcc-v (2)清除生成的連接 Make distclean (3)編譯make smdk2410_config (4)make CROSS-COMPILE=arm-linux-編譯成功后，將生成三個文件： u-boot：ELF格式的文件，可以被大多數Debug程序識別。 u-boot．bin：二進制bin文件，純碎的U-Boot二進制執行代碼，不保存ELF格式和調試信息。這個文件用于燒到用戶的開發板中。 u-boot．srec：Motorola S-Record格式，可以通過串口下載到開發板中。 將得到的u-boot．bin文件借助于FLASH芯片燒寫工具，通過JTAG口下載到目標板后，檢查U-Boot能否正常工作。如果能從串口輸出正確的啟動信息，就表明移植基本成功。 4 結 語 目前筆者移植的U-Boot已經能穩定地運行在開發板上。U-Boot引導程序是嵌入式Linux系統軟件開發中的一個重要環節。在此通過分析U-Boot的代碼結構和啟動過程，并針對開發板系統的硬件資源，通過分析與調試，實現了U-Boot的移植，并且能夠引導嵌入式Linux內核和文件系統，為今后進一步開發奠定了堅實的基礎。 |
