基于MPC8349控制計(jì)算機(jī)的U－Boot移植

0 引言
U-Boot (Universal Boot Loader)，是在PPC Boot 的基礎(chǔ)上，集成了ARM, XScale, x86,MIPS 等結(jié)構(gòu)發(fā)展來(lái)的。作為Boot loader，其主要安裝在嵌入式系統(tǒng)板上的ROM 中。 它主要用來(lái)初始化、檢測(cè)系統(tǒng)硬件，以及下載、運(yùn)行有關(guān)的應(yīng)用代碼。 在這篇論文中，采用的是開源的最新版本U-Boot 1.1.3。U-Boot 1.1.3 支持的CPU包括, MPC8xx, MPC5xx, MPC824x,MPC82xx, MPC83xx, MPC85xx, MPC74xx 等。
U-Boot 之所以主要是因其支持很多文件類型。
(1) 獨(dú)立的應(yīng)用程序：該程序直接在U-Boot 環(huán)境下執(zhí)行，并且執(zhí)行完畢后重新返回U-Boot 環(huán)境。
(2) “Linux 操作系統(tǒng)Kernel 文件”: U-Boot 可以引導(dǎo)Linux 操作系統(tǒng)Kernel 文件在系統(tǒng)板上執(zhí)行。在完成該引導(dǎo)過程后，必須通過重新啟動(dòng)CPU 才能再次進(jìn)入U(xiǎn)-Boot 環(huán)境。
(3) “操作系統(tǒng)Ramdisk 文件”: U-Boot 可以引導(dǎo)加載Linux 操作系統(tǒng)Ramdisk 文件。該文件主要是作為系統(tǒng)板，啟動(dòng)時(shí)需要加載的文件系統(tǒng)。
(4)“綜合文件”: 該文件可以包括一種或幾種U-Boot 所支持的文件。比如包括Linux 操作系統(tǒng)內(nèi)核和啟動(dòng)時(shí)需要加載的ramdisk 文件系統(tǒng)。
(5) “可執(zhí)行文件”: 該文件主要由U-Boot 將其燒錄到系統(tǒng)板的Flash 中。比如，uboot.bin。
(6) “腳本文件”: 該文件主要用在U-Boot 啟動(dòng)時(shí)利用腳本文件來(lái)設(shè)置具體的環(huán)境變量。
1 U-Boot 工作原理
U-Boot啟動(dòng)過程可以分成三個(gè)階段。
（1）執(zhí)行start.S（cpu/mpc83xx/start.S）匯編程序，見圖1.
（2）執(zhí)行U-Boot啟動(dòng)過程中的第一個(gè)C語(yǔ)言函數(shù)board.（lib_ppc/board.c），見圖2。
（3）系統(tǒng)進(jìn)入主循環(huán)main_loop（common/main.c）延時(shí)等待處理用戶命令或自動(dòng)執(zhí)行啟動(dòng)，見圖3。

3 U-Boot 的文件結(jié)構(gòu)
在U-boot 包含board, common, cpu, disk,doc, drivers, dtt, examples, fs, include 等文件。但是，針對(duì)具體的應(yīng)用，只需要修改設(shè)定的與我們系統(tǒng)有關(guān)的代碼。當(dāng)我們的U-boot 編譯成功后，必要的二進(jìn)制文件將成為在u-boot-1.1.3 文件夾中。這些文件中，最重要的是。
config.mk：定義基地址和CFLAGS。
MAKEALL：用來(lái)定義所有支持的系統(tǒng)板以及U-Boot 源碼。
Makefile： U-Boot 編譯時(shí)要用到的文件。
Mkconfig：用來(lái)創(chuàng)建頭文件并鏈接生成針對(duì)系統(tǒng)板的U-Boot的腳本。
u-boot.bin：U-Boot 編譯成功后形成的二進(jìn)制文件，可以燒錄到系統(tǒng)板的flash 中。
除了以上四個(gè)重要文件之后，在u-boot-1.1.3 目錄下面還有一些重要的文件。
（1）在u-boot-1.1.3/board/下,重要的文件包括。
flash.c:：定義針對(duì)flash 的命令。
init.S：用來(lái)定義 TLBs 和LAWs。
mpc8349.c： 針對(duì)mpc8349 的特殊代碼。
u-boot.lds:： 系統(tǒng)板的鏈接文件。
（2）在u-boot-1.1.3/cpu/下, 主要的文件包括。
start.c:：U-Boot 啟動(dòng)時(shí)所要執(zhí)行的第一個(gè)程序。
spd_sdram.c：初始化和配置系統(tǒng)板的DDR。
（3）在u-boot-1.1.3/include/configs/下, 主要的文件包括。

MPC8349.h：針對(duì)系統(tǒng)板的具體局宏定義。
flash.h: 包含各種Flash 芯片的具體資料數(shù)據(jù)的定義。
（4）在u-boot-1.1.3/include/lib_ppc/下, 重要的文件包括。

board.c: 系統(tǒng)板的初始化函數(shù)。
（5）在u-boot-1.1.3/common/下, 重要的文件包括。
main.c: 整個(gè)U-Boot 啟動(dòng)時(shí)的主循環(huán)函數(shù)。
4 為MPC8349 制作合適的U-Boot
A 針對(duì)系統(tǒng)板的 U-Boot 修改
在控制計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)包括兩片8M Flash, 128M SDRAM, 6 GBE 和 2 FCC 等。為了讓U-Boot 在該系統(tǒng)上正確的運(yùn)行 ，應(yīng)該針對(duì)該系統(tǒng)設(shè)置一些特殊的結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇。
（1）編輯 “Makefile” and “MAKEALL”
（2）添加新的代碼到針對(duì)系統(tǒng)板的文件夾中。
在此過程中，我們應(yīng)該創(chuàng)建一個(gè)新的目錄用來(lái)存放系統(tǒng)的特殊代碼。我們可以添加系統(tǒng)板需要的任何文件。在系統(tǒng)板的目錄，有些文件是必須有的。
u-boot-1.1.3/board/mpc8349/mpc8349.c,
u-boot-1.1.3/board/mpc8349/flash.c,
u-boot-1.1.3/board/mpc8349/init.S,
u-boot-1.1.3/board/mpc8349/u-boot.lds,
u-boot-1.1.3/include/configs/MPC8349.h,
u-boot-1.1.3/lib_ppc/board.c,
u-boot-1.1.3/Makefile,
u-boot-1.1.3/MAKEALL.
B. U-Boot 的交叉編譯環(huán)境的建立
開發(fā)系統(tǒng)主機(jī)的系統(tǒng)是FC6.0。用到的源碼有g(shù)cc-3.4.3/glibc-2.3.2、Linux [!--empirenews.page--]2.6.13.4 和U-boot-1.1.3。
C. U-Boot 交叉編譯的結(jié)果
首先，我們需要添加交叉編譯器(powerpc-Linux-)到u-boot/Makefile 中。在開發(fā)主機(jī)上，編譯器存在的路徑為/embedded/mpc_85xx/bin/powerpc-Linux。在添加、修改完Makefile 后，我們就需要進(jìn)行U-boot 的交叉編譯了。應(yīng)該輸入以下命令：
# make distclean
# make MPC8349_config
# make
如果編譯成功，會(huì)出現(xiàn)以下三個(gè)應(yīng)用文件。
“u-boot/u-boot.bin” : raw binary image
“u-boot/u-boot “ : ELF binary image
“u-boot/u-boot.srec“ : Motorola S-Record image
5 安裝 U-Boot
在把交叉編譯好的U-Boot 文件安裝到系統(tǒng)板上時(shí)，我們可以針對(duì)不同情況進(jìn)行安裝。如果系統(tǒng)板上以前沒有U-Boot 型，我們可以使用的CodeWarrior 把U-Boot 燒錄到系統(tǒng)板中。如果系統(tǒng)板已存在可以運(yùn)行的U-Boot，我們可以利用U-Boot 可以直接下載新制作的U-Boot文件，從而實(shí)現(xiàn)U-Boot 的更新。
當(dāng)使用U - Boot 在更新U-Boot 時(shí)，我們首先需要在U-Boot 的環(huán)境變量中設(shè)置各種參數(shù)。這些參數(shù)包括啟動(dòng)頻率、系統(tǒng)板的ip 和TFTP 服務(wù)器的ip。為了查看U-Boot 的環(huán)境變量的設(shè)置情況，我們可以利用printenv 命令 ，從而確保所有的環(huán)境變量設(shè)置是否正確。然后，我們應(yīng)該插入以太網(wǎng)電纜向TSEC1 端口。然后，我們應(yīng)該按照下面的步驟。
(1) 通過TFTP 下載u-boot.bin 文件到系統(tǒng)板中的 RAM。需要用的命令是“tftp 1000000u-boot.bin”。
(2) 我們需要把u-boot.bin 文件拷貝到Flash 中。這里，我們需要取消Flash 的寫保護(hù)。需要用到的命令是 “protect off fff80000 ffffffff”。
(3) 擦出Flash 上的數(shù)據(jù)。需要用到的命令是 “erase fff80000 ffffffff”。
(4) 把u-boot.bin 文件拷貝到Flash 中。需要用到的命令是 “cp.b 1000000 fff80000 80000”。至此，最新的U-Boot 已被安裝到了MPC8349 控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)板上。
6 U-Boot 的使用
A 信息查看命令
Bdinfo：將在終端顯示諸如內(nèi)存地址和大小、時(shí)鐘頻率、MAC 地址等信息。這些信息在傳遞給Linux 內(nèi)核一些參數(shù)時(shí)會(huì)用到。
Coninfo：顯示控制臺(tái)設(shè)備和信息。
Flinfo： 打印全部Flash 組的信息。
Iminfo：打印程序映像的開頭信息，包含了映像內(nèi)容的校驗(yàn)（序列號(hào)、頭和校驗(yàn)和）。
Help：help 命令還能夠查看每個(gè)命令的參數(shù)說(shuō)明。
B. 內(nèi)存管理命令
Base：顯示或者設(shè)置一個(gè)“基地址”作為所有存儲(chǔ)類命令的地址偏移值。
crc32：可以計(jì)算存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的校驗(yàn)和。
cmp：比較兩塊內(nèi)存中的內(nèi)容。
cp：可以在內(nèi)存中復(fù)制數(shù)據(jù)塊，包括對(duì)Flash 的讀寫操作memory copy。
md：顯示內(nèi)存區(qū)的內(nèi)容。
mm：修改內(nèi)存，地址自動(dòng)遞增。
mtest：提供一個(gè)簡(jiǎn)單地存儲(chǔ)器測(cè)試。
mw：可以按照字節(jié)、字、長(zhǎng)字寫內(nèi)存。
nm：可以修改內(nèi)存，可以按照字節(jié)、字、長(zhǎng)字操作。
loop：非?？焖俚刈x某個(gè)存儲(chǔ)范圍。因?yàn)檫@個(gè)命令力圖最快速地讀取存儲(chǔ)單元，所以被用作一種特殊的存儲(chǔ)器測(cè)試。
C. Flash 控制命令
cp：可以在內(nèi)存中復(fù)制數(shù)據(jù)塊，包括對(duì)Flash 的讀寫操作。
flinfo： 打印全部Flash 組的信息，也可以只打印其中某個(gè)組。一般嵌入式系統(tǒng)的Flash 只有一個(gè)組;
erase：可以擦Flash。
protect：對(duì)Flash 寫保護(hù)的操作，可以使能和解除寫保護(hù)。
D. 執(zhí)行控制命令
autoscr：autoscr 命令，可以在U-BOOT 中運(yùn)行“腳本”。
bootm：引導(dǎo)啟動(dòng)存儲(chǔ)在內(nèi)存（RAM 和可以永久保存的Flash）中的程序映像。
go：可以執(zhí)行應(yīng)用程序。
E. 下載命令
bootp：通過bootp 請(qǐng)求，要求DHCP 服務(wù)器分配IP 地址，然后通過TFTP 協(xié)議下載指定的文件到內(nèi)存。
loadb：可以通過串口線下載二進(jìn)制格式文件。
loads：可以通過串口線下載S-Record 格式文件。
rarpboot ：可以使用TFTP 協(xié)議通過網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)映像。也就是把指定的文件下載到指定地址，然后執(zhí)行。
tftpboot ： 可以使用TFTP 協(xié)議通過網(wǎng)絡(luò)下載文件。按照二進(jìn)制文件格式下載。
F. 環(huán)境變量命令
printenv ：打印環(huán)境變量。
saveenv ：保存變量。
setenv ：可以設(shè)置環(huán)境變量。
run ：可以執(zhí)行環(huán)境變量中的命令，后面參數(shù)可以跟幾個(gè)環(huán)境變量名。
bootd ：運(yùn)行 “bootcmd”的配置。
G.特殊命令
i2c：I2C 底層文件系統(tǒng)。
ide：IDE 底層文件系統(tǒng) 。
diskboot ：從IDE 上啟動(dòng)。
H. 其他的命令
date：時(shí)鐘設(shè)置與讀取命令。
echo：回顯參數(shù)。
reset：執(zhí)行CPU 的復(fù)位。
sleep：可以延遲N 秒鐘執(zhí)行，N 為十進(jìn)制數(shù)。
version：print monitor version。
? ：得到所有命令列表。
baudrate ：定義串口控制臺(tái)的波特率。
bootargs ：定義傳遞給Linux 內(nèi)核的命令行參。
bootcmd ：保留的環(huán)境變量,也是一種腳本。如果定義了該變量，在autoboot 模式下，將會(huì)執(zhí)行該腳本的內(nèi)容。
bootdelay ： 定義執(zhí)行自動(dòng)啟動(dòng)的等候秒數(shù)。
bootfile ：定義缺省的下載文件。
ethaddr ：定義以太網(wǎng)接口0 的MAC 地址。
eth1addr：定義以太網(wǎng)接口1 的MAC 地址。
eth2addr ：定義以太網(wǎng)接口2 的MAC 地址。
filesize ： 定義通過TFTP 下載文件的大小。
gatewayip： 定義IP 地址的網(wǎng)關(guān)。
ipaddr ：定義本地的IP 地址。
loadaddr ： 定義通過TFTP 下載的默認(rèn)地址 。
netmask ：定義以太網(wǎng)接口的掩碼。
serverip ： 定義tftp 服務(wù)器端的IP 地址
7 結(jié)論
研究表明，在移植后U-Boot 可以運(yùn)行安全、穩(wěn)定地運(yùn)行在MPC8349 控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上面。然后，在U-Boot 可以用來(lái)初始化，測(cè)試的硬件或下載和運(yùn)行程序代碼。U-Boot 在以后給系統(tǒng)加載Linux 操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序，都表現(xiàn)出很好的穩(wěn)定性，高效性。總之，在U-Boot-1.1.3 作為最新版本的U-Boot，具有很強(qiáng)的功能，我們把其移植到MPC8349 控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上面，從而使該嵌入式系統(tǒng)順利啟動(dòng)、穩(wěn)定運(yùn)行、便于開發(fā)。鑒于這些情況，MPC8349控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?huì)十分的廣泛。
本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：本文詳細(xì)介紹了向MPC8349 控制計(jì)算機(jī)移植U-Boot 的方案。MPC8349控制計(jì)算機(jī)以其優(yōu)越的網(wǎng)絡(luò)功能，在很多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。本方案把最新版本的U-Boot成功移植到硬件系統(tǒng)中，可以是MPC 控制計(jì)算機(jī)在嵌入式領(lǐng)域的開發(fā)更加便捷。