基于S3C2410系統的vivi引導程序分析

摘要：嵌入式系統啟動是以引導程序開始，引導程序會讓系統啟動后處于操作系統的管理之下，然后嵌入式系統才能發揮它強大的多任務化的管理功能，但嵌入式系統的引導程序有很多，之間差別很大，對它的認識也知之甚少，文中以韓國Mizi公司開發的vivi引導程序為代表，以點帶面，詳細做了剖析。

關鍵詞：嵌入式 S3C2410 vivi 引導程序

1 概述

引導程序是計算機引導系統軟件的一個重要工具，大家對80X86微型機上的引導系統不會陌生，嵌入式系統的引導程序的作用與其相似，通過引導程序可以對系統中的一些主要部件做初始化，對嵌入式系統來說，就是諸如CPU、存儲器件、串行口、網絡口等部件要做初始配置，相對于微型機來說，嵌入式系統的存儲管理出于效率的考慮，對使用有更為精確、嚴格的要求，引導程序可以分配內存空間的映射，將系統的軟件和硬件環境處于最佳的工作狀態，為下一步操作系統的引導做好準備工作。

2 vivi引導程序

2.1 vivi簡介

Vivi是由韓國Mizi公司面向ARM9處理器開發的引導系統，支持S3C2410處理器。它工作于兩種可選模式下，一種是啟動加載模式，另一種是下載模式，后面會給出這兩種模式的具體分析。啟動加載模式下，會完成操作系統的自動引導，下載模式下，會通過一個命令行接口提供的命令完成相應功能。

2.2 vivi程序架構分析

Vivi系統是由一段很小的引導程序構成，它的代碼包括如下幾個目錄：arch，init，drivers，lib和include。

①arch子目錄: vivi可以支持很多類型的目標板，不同類型的目標板會對應不同的子目錄，文中給出的Vivi引導系統Boot Loader中只包括了S3C2410目錄；②Init: vivi的執行就是由這個目錄的用C語言寫成的main.c文件開始執行，該目錄下還有一個名稱為version.c的文件；③drivers:內核工作時的設備驅動程序都包括于這個目錄，它又將設備驅動分為三種類型，分別置于MTD，串口，網絡三個目錄下，其中MTD實現的是核心設備的驅動管理，它又分為map，nand，nor三個目錄；④lib:針對一些平臺實現的公共的代碼，用于接口功能的實現；⑤include:實現頭文件管理，文中S3C2410的頭文件就置于該目錄下，它是頭文件的公共目錄。

3 vivi運行流程分析

3.1 vivi初始化階段一(在/arch/s3C2410/head.s文件內)

3.1.1 硬件初始化

當上電或復位后，vivi啟動，位于NANDFlash中的前4KB程序便從NANDFlash中由S3C2410自動拷貝到一個叫SteppingStone的4KB的內部RAM中，該RAM之后被映射到地址0x00處。此時，也就是vivi前4KB代碼開始運行，進行第一階段的硬件初始化，主要工作為：關Watchdog Timer，關中斷，初始化PLL和時鐘主頻設定，初始化存儲器控制器。

3.1.2 配置串口

該步初始化串口寄存器。

3.1.3 復制自身到SDRAM中

當初始化串口結束，vivi開始把自身從NANDFlash中復制到SDRAM中，之后在SDRAM中運行。

3.2 vivi初始化階段二(在/init/main.c文件內)

3.2.1 繼續初始化實驗系統硬件

通過board_init()函數完成，該函數在/arch/s3c2410/smdk.c中，主要完成兩個功能，時鐘初始化（init_time()），以及IO口的配置(set_gpios())。

3.2.2 內存映射初始化，內存管理單元初始化

通過mem_map_init()、mmu_init()函數來完成，這兩個函數在/arch/s3c2410/mmu.c中。該啟動代碼，使用NAND設備作為啟動設備。內存映射完后，要使能MMU。

3.2.3 初始化堆

通過heap_init()函數完成，該函數在/lib/head.c中，初始化堆。

3.2.4 初始化mtd設備

通過mtd_init()函數完成，該函數在/drivers/mtd/maps/s3c2410_flash.c中，初始化mtd設備。

3.2.5 初始化私有數據

通過init_priv_data()函數完成，該函數在/lib/priv_data/rw.c中，初始化私有數據。

3.2.6 初始化內置命令

通過init_builtin_cmds()函數完成，該函數在/lib/command.c中，初始化內置命令。

3.2.7 啟動vivi

通過boot_or_vivi()函數完成，此時引導過程在超級終端上建立人機界面，并等待用戶輸入命令。若接收到用戶輸入非回車鍵，進入vivi模式，否則，等待一會兒，系統自啟動。

4 vivi的二個重要命令的分析

當vivi處于下載模式時，它為用戶提供一個命令行接口，通過該接口能使用vivi提供的一些命令集，下面就給出在這種模式下的三個重要命令的分析，通過這二個命令，能完成與系統相關的重要功能。

4.1 load命令

load 命令完成加載二進制文件到flash或ram中。

格式為：load [ | ]

其中，參數是指加載到哪？具體為flash和ram；或數確定要加載的二進制文件的位置。如果需要使用預定義的mtd分區定義，則應加上分區定義名，否則指定位置和文件的大小。參數確定文件的傳輸協議。vivi現在只能使用xmodem協議，所以，”x”是有效的。

例如，裝載zImage 到flash中。要用命令：vivi> load flash kernel x，或者指定地址和文件大小：vivi> load flash 0x80000 0xc0000 x

4.2 boot命令

boot命令是啟動保存在flash或ram中的linux內核命令。

命令格式為：boot [ | ]

其中，參數是linux內核存放在什么介質上。有效值為ram，nor，smc； 或 參數確定要加載的linux內核文件的位置。如果需要使用預定義的mtd分區定義，則應加上分區定義名，否則指定位置和文件的大小。

例如，vivi> boot ram，該過程能使vivi從ram中啟動linux內核。

5 結束語

本文給出了嵌入式系統引導程序的一個特定產品vivi的詳細的分析，通過分析，要掌握它的結構、工作過程，除此之外，運行于嵌入式系統下的引導程序有很多，如U-boot，Redboot等，雖然由不同的廠家開發，但它們的工作原理是相似的，因此，文中對vivi的分析，能起到以點帶面的作用。

參考文獻：

[1]《基于ARM9嵌入式系統的BootLoader設計》，葉林等.《科技信息》2009(11).

[2]《基于s3c2410開發板的Boot Loader的啟動分析》，劉軍芳等.《微計算機信息》2006(17).

[3]《基于ARM的嵌入式系統Boot Loader啟動流程分析》，萬永波.《微計算機信息》2005(2).