bootloader编写指南

### Bootloader编写指南 #### Bootloader概述 Bootloader是一种在操作系统内核运行前执行的小程序。它的主要职责在于初始化硬件设备、建立内存映射，并确保系统软硬件处于适合加载操作系统的状态。Bootloader的设计和实现高度依赖于具体的硬件平台，尤其是在嵌入式系统领域，几乎不可能创建一个适用于所有设备的通用Bootloader。然而，通过对不同Bootloader进行分析和总结，我们可以提炼出一些通用性的原则和技术，以指导具体Bootloader的设计与开发。 #### 嵌入式系统软件体系架构 嵌入式系统的软件层次结构主要包括以下几个部分： 1. **引导加载程序**：负责系统的初始化和操作系统内核的加载。 2. **专用嵌入式操作系统内核**：根据应用需求定制的操作系统核心。 3. **文件系统**：用于组织和管理文件的数据结构集合。 4. **用户应用程序**：用户界面和其他应用服务的集合。 #### Bootloader概念详解 - **Bootloader依赖性**：由于不同CPU架构的差异性，每种架构通常都有其专有的Bootloader。例如，基于ARM7TDMI内核的CPU会在复位时从预设地址0x00000000处开始执行第一条指令。 - **控制设备/机制**：Bootloader通常通过串行接口与其他设备进行通信，如输出日志信息、接收用户输入等。 - **操作模式**： - **启动加载模式**：Bootloader自动从目标机的固态存储设备中加载操作系统至RAM并运行。 - **下载模式**：在此模式下，Bootloader可以通过串行或网络连接从主机下载文件，并将其保存到目标机的RAM中，随后写入到固态存储设备中。该模式常用于首次安装操作系统内核和根文件系统，或是进行系统更新。 #### Linux的开放源码Bootloader及其支持架构 Linux社区为不同的处理器架构提供了多种开源Bootloader解决方案： - **LILO**：Linux的主要磁盘引导加载程序，支持x86架构。 - **GRUB**：LILO的GNU版本替代方案，支持x86、ARM等多种架构。 - **ROLO**：无需BIOS即可从ROM加载Linux，支持多种架构。 - **Loadlin**：允许从DOS环境中加载Linux，主要用于x86架构。 - **Etherboot**：一种romable loader，可以从以太网卡启动系统，适用于多种架构。 - **LinuxBIOS**：一种基于Linux的BIOS替代品，支持多架构。 - **Compaq的bootldr**：多功能加载程序，主要用于Compaq PAQ系列计算机。 - **blob**：来自LART硬件项目的加载程序，支持多种架构。 - **PMON**：Agenda VR3中使用的加载程序。 - **sh-boot**：Linux SH项目的主要加载程序，支持SuperH架构。 - **U-Boot**：基于PPCBoot和ARMBoot的通用加载程序，支持PowerPC、ARM等多种架构。 - **RedBoot**：基于eCos的加载程序，支持多种架构。 #### Bootloader的作用 1. **设计程序入口指针**：定义程序执行的起始地址。 2. **建立异常中断处理向量**：设置硬件中断处理程序的地址表。 3. **初始化CPU的各种模式下的堆栈和寄存器**：配置CPU的工作环境。 4. **初始化系统中的片内外设**：包括但不限于内存控制器、串行接口等。 5. **初始化目标板**：配置硬件资源以满足操作系统运行的需求。 6. **引导操作系统**：加载操作系统内核并传递控制权。 #### 典型嵌入式Bootloader实例——Vivi Vivi是一款由韩国Mizi公司开发的Bootloader，广泛应用于各种嵌入式设备中。Vivi的特点包括： - **高度可配置性**：支持多种CPU架构和板级配置。 - **模块化设计**：便于扩展和维护。 - **灵活性**：支持多种启动模式，如串口下载、网络下载等。 Bootloader作为嵌入式系统的关键组件之一，在系统启动过程中扮演着极其重要的角色。通过对Bootloader的理解和掌握，可以帮助开发者更好地设计和实现符合实际需求的嵌入式系统。