U-Boot在MPC8265平臺上的移植與分析
系統(tǒng)處理器啟動時,首先執(zhí)行一個預定地址處的指令,通常這個位置是只讀內(nèi)存,存放系統(tǒng)初始化或引導程序,其功能是執(zhí)行CPU初始化并配置其他硬件,然后copy操作系統(tǒng)到RAM中。
在嵌入式Linux系統(tǒng)中,這些工作由Bootloacler(引導加載程序)完成,它是在嵌入式系統(tǒng)CPU加電復位和進入操作系統(tǒng)之前運行的代碼,主要用于完成由硬件啟動到操作系統(tǒng)啟動的過渡,為操作系統(tǒng)提供基本的運行環(huán)境,如初始化CPU、堆棧、存儲器系統(tǒng)等,其數(shù)值必須要符合用戶的硬件配置,并且按特定順序寫入。嵌入式Linux系統(tǒng)的引導、配置甚至應用程序的運行都與Bootloader有關。
Bootloader源代碼與CPU的內(nèi)核結構和嵌入式設備的板級配置有關,必須根據(jù)具體的系統(tǒng)設計要求進行移植。目前,開源社團已經(jīng)發(fā)展了多種引導Linux內(nèi)核的bootloader,比如PowerPC體系的U-Boot、miniBoot,ARM體系的blob,Intel x32體系的gurb、openBIOS等。
以MPC8265微處理器和嵌入式Linux為背景,針對性地提出U-Boot的移植方法并進行分析研究,此方法可廣泛用于基于MPC282xx系列處理器的嵌入式Linux系統(tǒng)應用開發(fā)中。
1 U-Boot引導加載程序
1.1 U-Boot簡介
U-Boot(Universal Boot Loader)是遵循GPL條款的開放源碼項目。它支持多種嵌入式處理器,如ARM、PowerPC、MIPS等,也支持Linux、VxWorks、QNX、RTEMS、ARTOS、LynxOS等多種嵌入式操作系統(tǒng)。這2個特點正是U-Boot項目的開發(fā)目標,即支持盡可能多的嵌入式處理器和嵌入式操作系統(tǒng)。
U-Boot支持的主要功能如下:1)系統(tǒng)引導:支持NFS掛載、從Flash中引導(壓縮或非壓縮)系統(tǒng)內(nèi)核;RAMDISK(壓縮或非壓縮)形式的根文件系統(tǒng);2)強大的操作系統(tǒng)接口功能,可靈活設置、傳遞多個關鍵參數(shù)給操作系統(tǒng),適合系統(tǒng)在不同開發(fā)階段的調試要求與產(chǎn)品發(fā)布:3)支持目標板環(huán)境參數(shù)多種存儲方式(如Flash、NVRAM、EEPROM);4)CRC32校驗,可校驗Flash中內(nèi)核、RAMDISK鏡像文件是否完好;5)設備驅動:串口、SDRAM、Flash、以太網(wǎng)、LCD、NVRAM、EEP-ROM、鍵盤、USB、PCMCIA、PCI、RTC等驅動支持;6)上電自檢功能:SDRAM、Flash自動檢測,SDRAM故障檢測,CPU型號。
1.2 U-Boot主要目錄結構
U-Boot源代碼采用高度模塊化的編程方式,便于在不同的硬件平臺上移植。U-Boot源代碼包含多個目錄,其中與移植相關的主要有:1)board:目標板相關文件,存放U-Boot支持的所有目標板的子目錄。目標板上大部分資源的初始化代碼就在這個文件夾中,如SDRAM、Flash驅動;2)common:獨立于處理器體系結構的通用代碼,實現(xiàn)U-Boot各種公共命令的C文件;3)cpu:存放U-Boot支持的各類型CPU的相關文件,主要是初始化執(zhí)行環(huán)境,比如mpc8260子目錄包含串口、網(wǎng)口、LCD驅動及中斷初始化等文件;4)drivers:通用設備的驅動程序,如CFI flash驅動;5)fs:U-Boot支持的文件系統(tǒng),如ext2、cramfs、fat、fdos、jffs2和registerfs等;6)net:與網(wǎng)絡功能有關的文件,如B00TP、TFTP、RARP和NFS相關代碼;7)include:存放頭文件。子目錄include/configs下與目標板相關的配置頭文件是移植過程中經(jīng)常要修改的文件,可配置目標板的各項參數(shù)(如波特率、引導啟動參數(shù)等)。還有對各種硬件平臺支持的匯編文件、系統(tǒng)的配置文件和對文件系統(tǒng)支持的文件。U-Boot源代碼可以從DENX的網(wǎng)站(http://www.denx.de)下載,本文使用的版本是U-Boot-1.2.0。
2 U-Boot的運行流程
U-Boot的運行流程如圖1所示,目標板上電,啟動MPC8265存儲控制器CS0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,此時執(zhí)行第1條指令,對應\cpu\mpc8260\start.S中的_start:開始執(zhí)行。完成CPU本身基本的初始化后,初始化CPU內(nèi)部寄存器,設置IMMR、ICTRL等。然后跳轉到\cpu\mpc8260\cpu_init.c的函數(shù)cpu_init_f處,進行CPU的底層初始化,主要設置watchdog、SIUMCR寄存器、PIT、鎖相環(huán)、系統(tǒng)定時器、存儲控制器和CPM等。從start.S中跳轉到\lib_ppe\board.c的函數(shù)board_init_f處,實現(xiàn)目標板上的第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(nèi)存空間,保存板級信息,準備在RAM中重定向U-Boot代碼。完成后,跳轉到start.S中的函數(shù)relocate_code()處,重定向代碼,將U-Boot代碼搬至SDRAM工作,開始在RAM中運行。然后跳轉到board.c文件的函數(shù)board_init_r()處,執(zhí)行板上的第2次初始化,主要完成一些數(shù)據(jù)結構、高端模塊及系統(tǒng)設備的相關初始化。最后,U-Boot執(zhí)行board_init_r()中的函數(shù)main_loop(),根據(jù)用戶從控制臺的輸入,完成預先設定的工作。
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