嵌入式系统 boot loader 技术内幕 -- 詹荣开.rtf

bootloader内幕

params->u.ramdisk.start = 0;
params->u.ramdisk.size = RAMDISK_SIZE; /* 请注意，单位是KB */
params->u.ramdisk.flags = 1; /* automatically load ramdisk */
        
params = tag_next(params);



最后，设置 ATAG_NONE 标记，结束整个启动参数列表： 


static void setup_end_tag(void)
{
        params->hdr.tag = ATAG_NONE;
        params->hdr.size = 0;
}



3.2.5 调用内核 

Boot Loader 调用 Linux 内核的方法是直接跳转到内核的第一条指令处，也即直接跳转到 MEM_START＋0x8000 地址处。在跳转时，下列条件要满足： 

1． CPU 寄存器的设置： 

R0＝0； 


R1＝机器类型 ID；关于 Machine Type Number，可以参见 linux/arch/arm/tools/mach-types。 


R2＝启动参数标记列表在 RAM 中起始基地址； 


2． CPU 模式： 

必须禁止中断（IRQs和FIQs）； 


CPU 必须 SVC 模式； 


3． Cache 和 MMU 的设置：

MMU 必须关闭； 


指令 Cache 可以打开也可以关闭； 


数据 Cache 必须关闭； 
如果用 C 语言，可以像下列示例代码这样来调用内核： 


void (*theKernel)(int zero, int arch, u32 params_addr) = (void (*)(int, int, u32))KERNEL_RAM_BASE;
……
theKernel(0, ARCH_NUMBER, (u32) kernel_params_start);



注意，theKernel()函数调用应该永远不返回的。如果这个调用返回，则说明出错。 

4. 关于串口终端
在 boot loader 程序的设计与实现中，没有什么能够比从串口终端正确地收到打印信息能更令人激动了。此外，向串口终端打印信息也是一个非常重要而又有效的调试手段。但是，我们经常会碰到串口终端显示乱码或根本没有显示的问题。造成这个问题主要有两种原因：(1) boot loader 对串口的初始化设置不正确。(2) 运行在 host 端的终端仿真程序对串口的设置不正确，这包括：波特率、奇偶校验、数据位和停止位等方面的设置。 

此外，有时也会碰到这样的问题，那就是：在 boot loader 的运行过程中我们可以正确地向串口终端输出信息，但当 boot loader 启动内核后却无法看到内核的启动输出信息。对这一问题的原因可以从以下几个方面来考虑： 

(1) 首先请确认你的内核在编译时配置了对串口终端的支持，并配置了正确的串口驱动程序。 

(2) 你的 boot loader 对串口的初始化设置可能会和内核对串口的初始化设置不一致。此外，对于诸如 s3c44b0x 这样的 CPU，CPU 时钟频率的设置也会影响串口，因此如果 boot loader 和内核对其 CPU 时钟频率的设置不一致，也会使串口终端无法正确显示信息。 

(3) 最后，还要确认 boot loader 所用的内核基地址必须和内核映像在编译时所用的运行基地址一致，尤其是对于 uClinux 而言。假设你的内核映像在编译时用的基地址是 0xc0008000，但你的 boot loader 却将它加载到 0xc0010000 处去执行，那么内核映像当然不能正确地执行了。 

5. 结束语
Boot Loader 的设计与实现是一个非常复杂的过程。如果不能从串口收到那激动人心的"uncompressing linux.................. done, booting the kernel……"内核启动信息，恐怕谁也不能说："嗨，我的 boot loader 已经成功地转起来了！"。 

关于作者
詹荣开，研究兴趣包括：嵌入式 Linux、Linux 内核、驱动程序、文件系统等。您可以通过 [e-mail]连系他。Sample Text






建议读一读《嵌入式系统Boot Loader技术内幕》(詹荣开著)，google一下就会找到一片。什么是Bootloader就不再这里废话了，看看上面的文章就明了了。 Bootloader有很多种，如本文将要阅读的vivi，除此之外还有uboot，redboot，lilo等等。Vivi 是韩国mizi公司专门为三星s3c2410芯片设计的Bootloader。
先来看看vivi的源码树：
vivi-+-arch-+-s3c2410
|-Documentation
|-drivers-+-serial
|?????????? ‘-mtd-+-maps
|????????????????? |-nor
|????????????????? ‘-nand
|-include-+-platform
|?????????? |-mtd
|?????????? ‘-proc
|-init
|-lib-+-priv_data
|-scripts-+-lxdialog
|-test
|-util
可以google一下，搜到源码vivi.tar.gz。
前面提到的文件已经系统的分析了bootloader的，这里就按源代码来具体说事。vivi也可以分为2个阶段，阶段1的代码在arch/s3c2410/head.S中，阶段2的代码从init/main.c的main函数开始。

阶段1

阶段1从程序arch/s3c2410/head.S开始，按照head.S的代码执行顺序，一次完成了下面几个任务：
1、关WATCH DOG (disable watch dog timer)
上电后，WATCH DOG默认是开着的
2、禁止所有中断 (disable all interrupts)
vivi中不会用到中断，中断是系统的事，bootloader可不能去干这事的(不过这段代码实在多余，上电后中断默认是关闭的)
3、初始化系统时钟(initialise system clocks)
启动MPLL，FCLK=200MHz，HCLK=100MHz，PCLK=50MHz，“CPU bus mode”改为“Asynchronous bus mode”。
4、初始化内存控制寄存器(memsetup)
S3c2410共有15个寄存器，在此开始初始化13个寄存器。
5、检查是否从掉电模式唤醒(Check if this is a wake-up from sleep)
若是，则调用WakeupStart函数进行处理。
6、点亮所有LED (All LED on)
点一下灯，通知外面的同志，告诉他们有情况发生。
7、初始化UART0 (set GPIO for UART & InitUART)
a．设置GPIO，选择UART0使用的引脚
b．初始化UART0，设置工作方式（使用FIFO）、波特率115200 8N1、无流控等。这可是使用串口与s3c2410通信的条件啊，在终端也要如此设置。
8、跳到内存测试函数(simple memory test to find some DRAM flaults)
当然要定义了CONFIG_BOOTUP_MEMTEST这个参数才会跳到内存测试。
9、如果定义了以Nand flash方式启动(#ifdef CONFIG_S3C2410_NAND_BOOT)，则此时要将vivi所有代码(包括阶段1和阶段2)从Nand flash复制到SDRAM中（因为在Nand flash中是不能执行程序的，它只能做为程序和数据的存储器，而Nor flash可就不同了，Nor flash可以执行程序，但贵是它发展得瓶颈）：
a．设置nand flash控制寄存器
b．设置堆栈指针
c．设置即将调用的函数nand_read_ll的参数：r0=目的地址(SDRAM的地址)，r1=源地址(nand flash的地址)，r2=复制的长度(以字节为单位)
d．调用nand_read_ll进行复制
　　10、跳到bootloader的阶段2运行，亦即调用init/main.c中的main函数(get read to call C functions)
a．重新设置堆栈
b．设置main函数的参数
c．调用main函数
head.S有900多行，都是些arm汇编，看的云山雾罩，汇编看来是忘的差不多了，所以这部分代码也看的相当糙，只知道大概在干什么，至于个中缘由就不是很了解。先学学arm汇编再回来看。

阶段2

从init/main.c中的main函数开始，终于步入C语言的世界了。Main函数总共有8步（8 steps），先看看源代码：
int main(int argc, char *argv[])
{
??????? int ret;
????? ?
/*
??????? * Step 1:
??????? */
??????? putstr("\r\n");
??????? putstr(vivi_banner);??? //vivi_banner是vivi执行开始的显示信息，vivi_banner在文件version.c中定义
??????? reset_handler();

??????? /*
???????? * Step 2:
???????? */
??????? ret = board_init();
??????? if (ret) {
??????????????? putstr("Failed a board_init() procedure\r\n");
??????????????? error();
??????? }

??????? /*
???????? * Step 3:
???????? */
??????? mem_map_init();
??????? mmu_init();
??????? putstr("Succeed memory mapping.\r\n");

??????? /*
???????? * Now, vivi is running on the ram. MMU is enabled.
???????? * Step 4:
???? */
??????? /* initialize the heap area*/
??????? ret = heap_init();
??????? if (ret) {
??????????????? putstr("Failed initailizing heap region\r\n");
??????????????? error();
??????? }

??????? /* Step 5:
???????? * MTD
???????? */
??????? ret = mtd_dev_init();

??????? /* Step 6:
???????? */
??????? init_priv_data();

??????? /* Step 7:
*/
??????? misc();
??????? init_builtin_cmds();

??????? /* Step 8:
???????? */
??????? boot_or_vivi();
??????? return 0;
}
下面按照上面的步骤逐步来分析一下。
1、Step 1：reset_handler()
reset_handler用于将内存清零，代码在lib/reset_handle.c中。
1? void
2? reset_handler(void)
3? {
4????? int pressed;
5????? pressed = is_pressed_pw_btn();? /*判断是硬件复位还是软件复位*/
6????? if (pressed == PWBT_PRESS_LEVEL) {
7????????? DPRINTK("HARD RESET\r\n");
8????????? hard_reset_handle();??????? /*调用clear_mem对SDRAM清0*/
9????? } else {
10???????? DPRINTK("SOFT RESET\r\n");
11???????? soft_reset_handle();??????? /*此函数为空*/
12???? }
13? }
??? 在上电后，reset_handler调用第8行的hard_reset_handle()，此函数在lib/reset_handle.c中：
[main(int argc, char *argv[]) -> reset_handler() -> hard_reset_handle()]
1? static void
2? hard_reset_handle(void)
3? {
4? #if 0
5????? clear_mem((unsigned long)(DRAM_BASE + VIVI_RAM_ABS_POS), \
6????? (unsigned long)(DRAM_SIZE - VIVI_RAM_ABS_POS));