基于S3C2410A的嵌入式系統的U[CD*2]Boot移植

摘 要:嵌入式系統中Bootloader的設計與實現是非常重要的環節,而Bootloader的引導程序中最常用且功能最強大的就是U[CD*2]Boot。詳細分析U[CD*2]Boot的基本工作原理和運行流程,著重討論其基于S3C2410A芯片所搭建的在嵌入式系統上的移植。特別選取NAND FLASH作為硬件存儲設備,并實現NAND FLASH上的直接啟動, 完成嵌入式系統中U[CD*2]boot的移植和Linux系統內核的引導,有助于嵌入式系統的開發。

關鍵詞:U[CD*2]Boot;引導程序;移植;S3C2410A

中圖分類號:TP314

0 引 言

ARM嵌入式處理器已被廣泛應用于消費電子產品、無線通信、網絡通信和工業控制等領域。其中,ARM9的芯片更是以其低價格、低功耗、高性能在手持設備中占據著重要市場。在嵌入式操作系統中,Linux,Vxworks,WinCE三足鼎立,其中Linux由于其開源性、穩定性、安全性、可裁減性更是一支獨放。在嵌入式系統中,如何實現在ARM9平臺下Linux操作系統的引導工作是嵌入式技術開發的重要環節。

1 嵌入式系統的軟件組成

1.1 系統的軟件組成

嵌入式的軟件系統主要由Bootloader、操作系統、文件系統、應用程序等組成。其中,Bootloader是介于硬件和操作系統之間的一層,其作用就好像PC機中的BIOS。系統加電運行后,由系統自動加載。通過這段程序,可以初始化硬件設備,建立內存空間的映射圖,從而將系統的硬件環境帶到一個合適的狀態,以便為最終調用操作系統內核準備好環境。對于一個嵌入式系統,通常BootLoader是依賴于硬件而實現的。對于不同類型的嵌入式芯片、不同的操作系統和外圍接口都需要重新移植、修改和編譯Bootloader。

1.2 U[CD*2]Boot分析

嵌入式Linux 系統中常用的Bootloader引導程序有U[CD*2]Boot,redboot,blob 和vivi 等,其中U[CD*2]Boot遵循GPL 條款的開放源碼項目,功能最為強大[3];U[CD*2] Boot對PowerPC系列處理器支持最豐富,同時還支持MIPS,x86,ARM,Nios,XScale等諸多常用系列的處理器;U[CD*2]Boot 引導程序分為Stage 1和Stage 2 兩大部分,Stage 1中主要包括設備初始化、中斷設置、時鐘設置和存儲器初始化等工作,并且采用匯編語言實現,而一些通用功能大多采用C 語言實現,放在㏒tage 2中[4]。

2 U[CD*2]Boot的啟動分析

Stage 1的代碼在CPU/arm920t/start.s 中定義,它包括從系統上電后在0x00000000 地址開始執行的部分。這部分代碼系統啟動后,從NAND FLASH自動加載到SDRAM中,它包括對S3C2410A中寄存器的初始化和將U [CD*2] Boot 的Stage 2代碼從FLASH 拷貝到SDRAM。Stage 2的起始地址是在Stage 1代碼中指定的,被復制到SDRAM后,就從第一階段跳到這個入口地址,開始執行剩余部分代碼。第二階段主要是對內存的分配,對NAND FLASH以及對外圍設備的初始化,其代碼在lib[CD*2]arm/board.c中。

啟動的流程分析如圖1所示。

3 U[CD*2]Boot 的移植方法

本文選用交叉編譯環境arm[CD*2]linux[CD*2]gcc[CD*2]2.95.3,選用U[CD*2]Boot[CD*2]1.1.4版本作為移植平臺。為了使U [CD*2]Boot支持新的開發板,一種簡便的做法是在U [CD*2]Boot已經支持的開發板中選擇一種與目標板接近的,在其基礎上進行修改。這里選用的是smdk2410的配置[9]。

3.1 修改cpu/arm920t/start.s文件

Start.s 是采用匯編語言編寫的U[CD*2]Boot 程序入口代碼,完成對底層硬件的初始化,其中有一個很重要的功能是從NAND FLASH中把Stage 2階段的代碼復制到SDRAM中[10]。在此階段,涉及到對NAND FLASH的讀操作,在U[CD*2]Boot中,沒有對NAND FLASH讀操作的驅動,采用以下方法實現:

3.2 修改board/smdk2410 目錄下文件

(1) 增加對NANDFLASH的讀驅動nand_read.c

(2) 在smdk2410.c文件中添加對NANDFLASH初始化的程序

在此主要是對主板的GPIO的一些設置,并加上對NANDFLASH初始化程序。

3.4 編譯與運行

配置好以后,進入U[CD*2]Boot主目錄,重新編譯U[CD*2]Boot代碼,運行命令:

(1) 查看交叉編譯器的版本號

(2) 清除生成的連接

(3) 編譯 make smdk2410_config

(4) make CROSS[CD*2]COMPILE=arm[CD*2]linux[CD*2]

編譯成功后,將生成三個文件:

u[CD*2]boot:ELF 格式的文件,可以被大多數Debug 程序識別。

u[CD*2]boot.bin:二進制bin 文件,純碎的U[CD*2]Boot┒進制執行代碼,不保存ELF 格式和調試信息。這個文件用于燒到用戶的開發板中。

u[CD*2]boot.srec:Motorola S[CD*2] Record 格式,可以通過串口下載到開發板中。

將得到的u[CD*2] boot.bin 文件借助于FLASH 芯片燒寫工具,通過JTAG 口下載到目標板后,檢查U[CD*2]Boot能否正常工作。如果能從串口輸出正確的啟動信息,就表明移植基本成功。

4 結 語

目前筆者移植的U[CD*2]Boot已經能穩定地運行在開發板上。U[CD*2]Boot 引導程序是嵌入式Linux 系統軟件開發中的一個重要環節。在此通過分析U[CD*2]Boot 的代碼結構和啟動過程,并針對開發板系統的硬件資源,通過分析與調試,實現了U[CD*2]Boot 的移植,并且能夠引導嵌入式Linux 內核和文件系統,為今后進一步開發奠定了堅實的基礎。

參 考 文 獻

[1]陳文智.嵌入式系統開發原理與實踐[M].北京:清華大學出版社,2005.

[2]李夏.U[CD*2]Boot在S3C2410上的移植分析[J].微計算機應用,2006(5):596[CD*2]600.

[3]楊建偉,楊燕翔.基于S3C2410處理器的Linux移植[J].信息技術,2007(8):97[CD*2]100.

[4]馬忠梅,李善平.ARM9 &Linux; 嵌入式系統教程[M].北京:北京航空航天大學出版社,2004.

[5]孫天澤.嵌入式設計及Linux 驅動開發指南[M].北京:電子工業出版社,2005.

[6]毛德操,胡希明.嵌入式系統[M].杭州:浙江大學出版社,2003.

[7]張進.U[CD*2]Boot的啟動流程分析及移植步驟[J].電力自動化設備,2005,25(7):68 [CD*2] 71.

[8]萬永波.基于ARM的嵌入式系統Boot Loader啟動流程分析[J].微計算機信息,2005,21(2):90 [CD*2] 92.

[9]立宇泰電子有限公司.S3C2410A 中文數據手冊[EB/OL].http://www.hzlitai.com.cn.2007.

[10]Krim Yachmour.構建嵌入式Linux系統[M].O′Reillywaiwan公司,譯.北京:中國電力出版社,2004.

作者簡介 丁小俊 男,1981年出生,湖北武漢人,碩士研究生。研究方向為嵌入式系統。