基于S3C44B0X的U-Boot分析与移植

1.引言

嵌入式系统一般指非PC系统，它包括硬件和软件两部分。硬件包括处理器/微处理器、存储器及外设器件和I/O端口等。软件部分包括Bootloader、操作系统（OS）和应用程序。嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计、量体裁衣、去除冗余，这样才能在具体应用中实现更高的处理性能。其中，Bootloader是基于特定硬件平台来实现的，负责硬件的初始化、嵌入式系统的引导加载等工作，是嵌入式系统开发中的一个重要环节。嵌入式开发的硬件平台是根据应用需要定制的，因此不存在一个通用的Bootloader。U-Boot是一个支持多种CPU体系结构的 Bootloader。本文就是针对在自制开发板上实现U-Boot的移植。

2.U-Boot概述

Bootloader是一种引导加载程序。它是系统加电后运行的第一段代码。从功能上说，Bootloader就是操作系统内核运行之前用来初始化硬件设备、建立内存空间的映射图的程序。它将系统的软硬件环境设定在一个合适的状态，以便为最终调用操作系统内核，运行用户应用程序准备好正确的环境。图 1是Flash上同时装有Bootloader、内核启动参数、内核映像和根文件系统映像的典型空间分配结构示意图。Bootloader启动后，初始化硬件设备，并将嵌入式Linux内核和根文件系统映像分别加载到内核中的正确地址，然后跳转到内核的起始地址启动内核。

大多数 Boot Loader 都包含两种不同的操作模式：启动加载模式和下载模式[1]。

启动加载（Boot loading）模式：这种模式也称为“自主”（Autonomous）模式。也即 Boot-

loader从目标机上的某个固态存储设备上将操作系统加载到 RAM 中运行，整个过程并没有用户的介入。

下载（Downloading）模式：在这种模式下，目标机上的Bootloader将通过串口连接或网络连接等通信手段从主机（HOST）下载文件。从主机下载的文件通常首先被 Bootloader 保存到目标机的 RAM 中，然后再被 Bootloader 写到目标机上的FLASH 类固态存储设备中。Bootloader 的这种模式通常在第一次安装内核与根文件系统时被使用；此外，以后的系统更新也会使用 Bootloader 的这种工作模式。

U-Boot作为一种可以支持多种体系结构CPU的Bootloader，同时支持上述两种工作模式，而且允许用户在这两种工作模式之间进行切换。它是由德国工程师Wolfgang Denk 从8XXROM 代码发展起来，遵循GPL条款的开放源码项目，支持多种处理器，如ARM，PowerPC，MIPS和x86等。

3.U-Boot的启动流程

由于Bootloader的实现依赖于 CPU 的体系结构，因此大多数Bootloader都分为 stage1和stage2 两大部分。依赖于CPU体系结构的代码，比如设备初始化代码等，通常都放在 stage1中，而且通常都用汇编语言来实现，以达到短小精悍的目的。而 stage2 则通常用C语言来实现，这样可以实现复杂的功能，而且代码会具有更好的可读性和可移植性。U-Boot也是如此。

3.1 stage1

此阶段相应的代码在cpu/s3c44b0/start .s下。主要功能是完成硬件的初始化，主要包括屏蔽所有中断，设置CPU的速度和时钟频率，RAM初始化，为加载stage 2准备RAM空间，拷贝stage2到RAM中，设置堆栈指针SP，跳转到stage2的C程序入口点。其工作流程如图2所示：

3.2 stage2

stage2完成的功能是：初始化本阶段要使用到的硬件设备，检测系统内存映射，将kernel映像和根文件系统映像从FLASH上读到RAM空间中，为内核设置启动参数，调用内核。

4.移植过程

本系统开发板主要由S3C44B0X嵌入式微处理器、2MB的FLASH (HY29LV160)、8MB的SDRA M(HY57V641620)、2路串口、RTL8019网卡芯片以及ARM JTAG接口组成。系统的工作主频是66MHz。该开发板上与S3C44B0X相关部分的功能框图如图3所示。

4.1建立交叉编译移植开发环境。

若能编译生成在ARM板上可运行的二进制代码，首先建立编译工具链[2]。所用主机（HOST）安装的Linux操作系统版本是Fedora Core 6。

(1)从http://www.handhelds.org/download/projects/toolchain/下载最新编译工具arm-linux-gcc-3.4.1.tar.bz2。

（2）在下载的当前目录下进行解压：# tar –jxvf arm-linux-gcc-3.4.1.tar.bz2。

（3）将解压文件目录下面的arm目录及文件拷贝到/usr/local/目录下。

（4）在/etc/profile文件中修改PATH环境变量。在export之前添加一行：

PATH=$PATH：/usr/local/arm/3.4.1/bin，然后使这项配置生效：# source /etc/profile

4.2 U-Boot源码结构

从http://sourceforge.net/projects/u-boot 网站下载U-Boot源码包：u-boot-1.1.6.tar.bz2，并将下载的压缩包解压。

解压后生成u-boot文件目录。下面介绍一下与移植相关的子目