基于MIPS64的嵌入式Linux Bootloader的移植

1引言　　linux具備良好的裁剪性和移植性，并且開源、資源豐富，已成為嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)熱點。一個完整的嵌入式linux系通通常包括bootloader、內核、文件系統(tǒng)三部分，目標板上電后由bootloader初始化硬件，引導內核和文件系統(tǒng)來啟動linux。但由于在嵌入式開發(fā)中基于mips體系的bootloader較少，開發(fā)者在移植mips bootloader需花費大量精力。結合octeon3010(mips64)的u-boot移植經驗，分析嵌入式linuxbootloader的工作原理及功能，設計了一個基于mips體系的bootloader模型。對octeon系列的mips處理器bootloader的設計具有參考價值和指導意義?！　? bootloader原理分析　　bootloader是在運行操作系統(tǒng)內核前所執(zhí)行的一段小程序。通過執(zhí)行這段小程序，實現(xiàn)初始化硬件設備、建立內存空間的映射圖，從而為系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境設置一個合適狀態(tài)，以便為最終調用操作系統(tǒng)內核準備好正確環(huán)境?！　〈蠖鄶?shù)bootloader包含"啟動加載"和"下載"兩種操作模式。從最終用戶來看，bootloader就是用來加載操作系統(tǒng)，而無工作模式區(qū)別。其中，啟動加載模式是bootloader從目標機上的某個固態(tài)存儲設備將操作系統(tǒng)加載到ram中運行，整個過程并沒有用戶介入。這種模式是bootloader的正常工作模式。而在下載模式下，目標機上的bootloader通過串口連接或網(wǎng)絡連接從主機(host)下載文件，例如下載內核映像和根文件系統(tǒng)映像等?！　∮捎趯崿F(xiàn)bootloader依賴cpu的體系結構，因此大多數(shù)bootloader分為stage1和stage2兩部分，并依賴于cpu體系結構的代碼，例如：設備初始化代碼等，通常放在stage1中，一般采用匯編語言。而stage2則通常采用c語言實現(xiàn)復雜功能，而且代碼具有良好的可讀性和移植性。stage1步驟通常包括：硬件設備初始化；為加載bootloader的stage2準備ram空間；拷貝bootloader的stage2到ram空間中；設置好堆棧；跳轉到stage2的c入口點。bootloader的stage2步驟通常包括：初始化當前階段使用的硬件設備；檢測系統(tǒng)內存映射；將kernel映像和根文件系統(tǒng)映像從flash上讀到ram空間中；為內核設置啟動參數(shù)；調用內核?！　?設計移植　　3.1啟動流程　　針對具體的硬件內容，詳細分析u-boot的啟動流程后，給出啟動流程中需要修改的代碼?！　?.2移植分析　　片級移植主要是針對具體cpu初始化代碼的修改，針對對應的mips平臺，主要包括：通用寄存器的初始化、cp0的初始化(status,config,watch,count,compare,etc.)、watchdog初始化、cache初始化、tlb初始化。板級移植包括：串口驅動、flash讀寫驅動(nor，nand)、hd讀寫驅動、網(wǎng)卡驅動。而功能層擴展可根據(jù)需求添加新功能或裁減優(yōu)化，包括調試功能、啟動功能、下載功能等。　　3.3修改代碼　　主要修改的代碼為：makefile添加開發(fā)板的編譯支持；include／configs／myboard.h開發(fā)板的定義，啟動參數(shù)等；cpu／mips／start.s修改初始化代碼和入口；board／myboard／flash.c對應的nor flash驅動；board／myboard／myboard.c對應的板級初始化代碼；board／myboard／lowlevel_init.s初始化硬件的匯編代碼；board／myboard／serial.c串口驅動?！　? octeon系列cpu的硬件初始化實例　　4.1開發(fā)環(huán)境及硬件平臺簡介　　采用的是宿主機+目標板的開發(fā)模式，宿主機為pc+fc6，目標板的cpu采用基于mips64 v2體系結構的處理器octeon_cn3010,nor flash采用amd公司8 mb的am-29dl640g.sdram采用三星公司512 mb的m378t6553cz3-cd5(64 mb×8 bit)。存儲部分的硬件連接如圖1所示。
　　4.2具體實現(xiàn)代碼　　系統(tǒng)的起始地址統(tǒng)一規(guī)定為0xbfc00000，加電后，cpu從該地址開始執(zhí)行。該地址也就是系統(tǒng)異常處理向量表的第一項(reset)。0xbfc00000處的中斷向量表起始處的跳轉命令，跳到了inittlbstart中，完成了系統(tǒng)的大部分初始化，例如設置寄存器、cpu、sdram、flash等。以下為具體程序代碼：
　　系統(tǒng)完成初始化后，跳轉到board.c。在board.c中的checkboard()函數(shù)將進一步設置cpu、sdram、cache、串口等，并將硬件初始化代碼從flash拷貝到sdram中繼續(xù)運行，最后調用main_loop()函數(shù)，進入bootloader的第一個c函數(shù)-main_loop()函數(shù)，在這個函數(shù)中將初始化硬件平臺相關的參數(shù)、模塊，并優(yōu)化參數(shù)，設置loader參數(shù)等硬件初始化?！　?.3 bootloader的燒錄和啟動　　使用flash燒錄器把生成的u-boot.bin文件燒錄到flash后，將其放人目標板的flash槽。目標板通電后，串口輸出數(shù)據(jù)。至此，bootloader被成功移植。　　5結語　　通過分析引導轉載系統(tǒng)在嵌入式linux系統(tǒng)中的工作原理及功能，結合移植經驗，設計了一個基于mips體系