Bootloader在AT91RM9200系统中的实现

基于ARM920T核的AT91RM9200芯片以其丰富的内部外设，高达200MIPS的处理速度，以及它温度范围宽的特点，在工业控制领域嵌入式开发中大有应用的空间。Bootloader是用来引导操作系统的引导装载程序，用来初始化硬件设备、确立内存空间的映射，为最终引导操作系统内核提供一个合适的软硬件环境。它严重地依赖硬件环境，往往因使用的芯片、外部设备、操作系统的内核配置而不同，它的实现是嵌入式开发中必不可少的环节。

实现适合本系统的引导程序方法有两种：一是自行开发的bootloader，其特点是可以使这个程序在满足要求的基础上占用尽量的小的空间，但是工作量较大，开发周期延长，除了一些特殊要求的情况，工程开发中一般不会自行编写；二是使用已有的代码进行移植，特点是工作量小，有vivi、U- boot、Blob等很多开源的bootloader可用，这些程序支持的PowerPC，ARM，MIPS等多种平台，开发者只需做相对较少的移植工作就可以，出于工程开发角度,往往采取这种方式。

笔者开发了基于AT91RM9200的雷达监控分机测试板，本文将以此嵌入式板为例，介绍用GNU工具开发ARM程序的方法，探讨如何利用这种方法编写自己的bootloader，并详细地介绍了U-boot的移植步骤和要点。

1硬件特点

1.1AT91RM9200处理器启动特点

AT91系列处理器有片内和片外两种启动模式[1]，支持地址的重映射，在ARM芯片中具有代表性。

AT91RM9200内部集成有16K字节的SRAM和128K字节的ROM。若是BMS引脚为低电平则从NCS0所接的外部的Flash芯片启动。若BMS引脚为高电平则从内部ROM启动，ROM中固化了FirmWare，这段固化的程序先后自动检测SPI连接的DataFlash，TWI连接的EEPROM的，EBI连接的8位的并行Flash芯片是否有合法的程序，如果有则放入SRAM中执行，如果没有检测到，便初始化调试串口和USB的设备端口，分别支持Xmodem和DFU协议的文件下载，可以将用户传送的文件放入内部SRAM中[2]。

由于本芯片支持地址Remap(地址重映射)，在下载完后将SRAM的地址由0x0020_0000重新映射到0x0000_0000，将内部ROM地址由0x0000_0000映射到0x0010_0000，然后从地址0x0000_0000的内部SRAM开始执行。

1.2 Bootloader的下载和烧写

很多ARM芯片同AT91系列芯片一样，支持Remap，这就为使用串口下载程序和对Flash的烧写提供了方便。这种芯片在使用 bootloader之前一般需要两个前期的引导程序。本系统中使用了loader.bin和boot.bin两个程序：其中loader.bin运行于内部RAM，用来向SDRAM下载程序并运行；boot.bin固化在flash的起始地址下（如图1所示）用来解压引导Flash中的U-boot程序。

设置跳线，使系统上电后从内部启动，通过串口下载loader.bin程序，该程序的大小一定要小于16K字节，即内部SRAM的容量。如上文所述，下载后会运行它，由这个程序负责通过Xmodem协议将u-boot.bin程序下载到SDRAM中并运行，开发者再通过U-boot的cp命令将 boot.bin和u-boot.bin的压缩文件u-boot.gz烧写入Flash，下次从外部启动时就可以直接启动U-boot了。其中 boot.bin，实现将u-boot.gz的解压装入SDRAM并且执行。

ATMEL公司提供了针对他们出的该款芯片开发板的boot和loader的代码，可以从网上下载到，开发者可以对比一下参数设置，如果必要的话要对一些参数进行修改。

下面是这两个程序中比较关键的参数。loader当中的关键参数是AT91C_UBOOT_BASE_ADDRESS，用Xmodem协议接收的文件将存放在这个地址下。它的宏定义在main.h中：

#define AT91C_UBOOT_BASE_ADDRESS 0x21F00000 。

Boot中的关键的参数是：

#define SRC 0x10010000

/*在flash中的u-boot.gz的地址*/

#define DST 0x21F00000

/*uboot.gz解压后要copy到SDRAM中的地址*/

#define LEN 0x020000

/*解压后的大小(字节)*/

这些参数根据具体情况可能需要修改，特别是SRC要和U-boot中的相关设置一致，具体参数将在3中介绍。图1是Flash存储器的空间分配情况，分别列出了各个地址段的用途。

1.3 本嵌入式板的存储空间情况

笔者开发的ARM板的与bootloader相关的关键存储空间分布情况如下：

32M字节SDRAM: 0x2000_0000 – 0x21FF_FFFF

2M 字节 Flash: 0x1000_0000 – 0x101F_FFFF

2 用GNU工具开发bootloader

GNU提供了免费的编译工具，可从网上下载。针对ARM平台的交叉编译工具有汇编器arm-linux-as, C编译器arm-linux-gcc，连接器arm-linux-ld，以及二进制转换工具arm-linux-objcopy。 GNU的编译器功能非常强大，共有上百个操作选项，满足开发者的各种需要。它的特点是开发成本低，无需昂贵的仿真器，不但可以开发操作系统下运行的