U-Boot移植问题分析及应用实例

应届塞　文章编号：１６７１－１０４１（２００６）０６＿００９６・０２　仪器仪表用户　Ｕ－Ｂｏｏｔ移植问题分析及应用实例　‘　李志刚，周西峰　（南京邮电大学自动化学院，　南京２ｌＯｏ０３）　摘要：Ｕ－Ｂｏｏｔ是一个免费的开放源码的ＢｏｏｔＬｏａｄｅｒ（引导装载程序）程　序．用来完成嵌入式系统的加载启动任务。本文分析了Ｕ－Ｂｏｏｔ的启动流程　以及一些要点问题．并给出了Ｕ－Ｂｏｏｔ在ＡＴ９１　ＲＭ９２００处理器上的移植过　其主要过程如下：　（１）　编程序入口，ｓｔａｒｔ．Ｓ是入口程序　（２）设置异常向量表，包括复位、未定义指令、软件中断、预　程和方法。　关键词：Ｕ－Ｂｏｏｔ；ＡＴ９１　ＲＭ９２００；移植　中图分类号：ＴＰ３８文献标识码：Ｂ　Ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ａｎａｌｙｚｅ　ｏｆ　Ｕ－Ｂｏｏｔ　ｐｏ　ｒｔｉｎｇ　ａｎｄ　Ｉｔ’Ｓ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ＬＩ　Ｚｈｉ－ｇａｎｇ，ＺＨＯＵ　Ｘｉ－ｆｅｎｇ　（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｎａｎｊｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｐｏｓｔｓ＆Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ　２１０００３）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｕ－Ｂｏｏｔ　ｉｓ　ａ　ＢｏｏｔＬｏａｄｅｒ　ｐｒｏｇｒａｍ　ｏｆ　ｆｒｅｅ　ａｎｄ　ｏｐｅｎ　ｓｏｕｒｃｅ　ｃｏｄｅ，ｉｔ　ｉｓ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｆｏｒ　ｆｉｎｉｓｈｉｎｇ　Ｌｏａｄｅ　ｒ　ａｎｄ　ｂｏｏｉｎｇ　ｔａｓｋｓ　ｏｆ　ｅｍｂｅｄ　ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ａｎａｌｙｚｅｄ　Ｕ－Ｂｏｏｔ’Ｓ　ｂｏｏｔｉｎｇ　ｓｅｑｕｅｎｃｅ　ａｎｄ　ｓｏｍｅ　ｃｒｕｃｉａｌ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ．ｔｈｅｎ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　Ｐｏｒｔｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ａｎｄ　ｗａｙｓ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＡＴ９１　ＲＭ９２００　ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｕ－Ｂｏｏｔ；ＡＴ９１　ＲＭ９２００；ｐｏｒｔｉｎｇ　１　引言　ＢｏｏｔＬｏａｄｅｒ是嵌入式系统软件开发的第一个环节，它把操作　系统和硬件平台衔接在一起，通过初始化硬件设备、建立内存空间　的映射，为最终加载操作系统内核建立正确的环境。Ｕ—Ｂｏｏｔ是一　个免费的升放源码的ＢｏｏｔＬｏａｄｅｒ稃序，它支持多种体系结构的　ＣＰＵ，如ＭＩＰＳ、ＡＲＭ、等，还支持Ｌｉｎｕｘ、ＶｘＷｏｒｋｓ等多种嵌　入式操作系统的引导。Ｕ—Ｂｏｏｔ与硬件设备密切相关。所以移植ｕ　—Ｂｏｏｔ时要根据具体的硬件配　来对源程序进行修改。　了解Ｕ—Ｂｏｏｔ的运行流程对移植是卜分必要的。下面先分析ｕ　－Ｂｏｏｔ的启动流程，然后分析移植过程中需要注意的两个要点问　题，地址映射问题和参数设置问题，最后给出了Ｕ—Ｂｏｏｔ在　ＡＴ９ｌＲＭ９２ｏｏ处理器上的移植过程和方法　２　Ｕ－Ｂｏｏｔ启动流程分析　Ｕ—Ｂｏｏｔ的启动可以分为两个阶段。第～阶段足硬件设备初始　化代码，与硬件密切相关．通常是朋　：编语言实现的　第二阶段是　用ｃ语言来实现的，可以实现更复杂的功能，而且代码具有更好的　可读性和可移植性　Ｕ—Ｂｏｏｔ启动流程如图ｌ所示。　汇棉磋平＾口　把Ｉｈ＝ｈ￣口ｑ代码和数措　重定位到Ｒ＾Ｍ　二二二［二二　设置异常向量衰　一、ｃ蔷吾ｍｔｈ　曲　障：　训赡化　＂Ｍ　一～　……一　初始化：鬟撬哥存器　图Ｉ　Ｕ－＂Ｂｏｏｔ启动流程图　睡稿日期：２００６　０７－２１　９６　ＥＩＣ　Ｖｏ１．１３　２００６　Ｎｏ．６　取指令异常、数据异常、保留、正常中断和快速中断向量。异常向　量表是系统发生异常后自动跳转的一段处理函数入口表，在系统发　生异常时跳转到相应的程序去处理。　（３）设置ＣＰＳＲ状态寄存器，使ＡＲＭ工作在ＳＶＣ模式下。　（４）初始化ＳＤＲＡＭ．为后面的设置堆栈做好准各　（５）初始化系统寄存器，包括设置时钟频率，关断内存管理单　元和数据，指令Ｃａｃｈｅ，屏蔽所有中断。　（６）把Ｆｌａｓｈ中的后半部分Ｕ—Ｂｏｏｔ代码和数据重定位到内存　空间中，以提高程序的执行速度。　（７）建立堆栈并初始化堆栈指针。堆栈指针的设置是为了跳转　到Ｃ语言代码作好准各，通常我们可以把堆栈指针ＳＰ设置在　ＲＡＭ空间的最顶端，堆栈采用向下生长方式。　（８）跳转到ｃ语言程序，进行ＣＰＵ午ＪＪ始化，　中断处理部分初　始化，　Ｆｌａｓｈ的初始化，环境变量初始化，　板级初始化，　串行口　初始化等一系列设备初始化。　（９）最后进入Ｕ—Ｂｏｏｔ的命令循环，接收用户从串口输入的命　令或直接执行预先定义的命令，比如启动操作系统　３移植Ｕ　Ｂｏｏｔ的要点问题　３．１　地址分配问题　在Ｕ—Ｂｏｏｔ的移植过程中，弄清楚各个器件的地址映射。Ｕ　—Ｂｏｏｔ在存储空间中的分布，环境变量等参数的存放地址等足很必　要的　下面以ＡＴ９１ＲＭ９２ｏｏ处理器为例来对此问题加以说明。　整个Ｆｌａｓｈ和ＲＡＭ的系统布局如图２所示。　Ｊ　ｌ　．　蜘　Ｍ蛐　址空问　祖立ｆ　蕞娓映博　内援肺愚　幅　件秉线　Ｆｈ，啪　￡　内摆　ｔ　件　环　夏量　ｕ　ｏｏ　硅湛立件　图２整个ＦＩ　ａｓｈ．￣ＤＲＡＭ的系统布局　圈２中地址０ｘ２１ｆｏ（）（）（）ｏ是Ｕ－Ｂｏｏｔ从外部Ｆｌａｓｈ启动后，为丁　提高运行速度，把代码和数掘重定位到内存中的起始地址。这个地　址范围ｂＪ。以任意安排．但通常较好的方案是安排到整个ＲＡＭ空间　最顶端的１ＭＢ　在移植过程中，我们可以通过ＴＥＸＴ—ＢＡＳＥ＝０ｘｘ　来配置这个地址。　内核文件和根文件系统被分别安排在ＦＩａｓｈ起始地址为　０ｘｌ００８ｏ０ｏｏ和ｏｘｌＯ１８ｏ０ｏｏ的地址段内。运行时内核映像和根文件　系统映像被从Ｆｌａｓｈ卜复制到ＲＡＭ空间中　对于内核映像～般复　制到ＭＥＭ—ＳＴＡＲＴ＋ｏｘ８（）００这个基地址开始的１ＭＢ的内存范围　内。而对于根文件系统映像．一般将茛复制到ＭＥ　Ｍ—ＳＴＡＲＴ＋ａｂ【１０００００开始的地力　如图２中内核和根文件系统映　欢迎光临本刊网站ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｅｉｃ．ｃｏｒｎ．ｃｆｌ　维普资讯 http://www.cqvip.com

墨　塞周　像分别披复制到起始地址为０ｘ２０００８０００和Ｏｘ２０１０００００的内存空　间。地址ＯｘＯ到０ｘ２０００８０００的３２Ｋ内存守　被　｝ｉｊ米．Ｌｉｎｕｘ内　核在这段内仃中放首　些牟局数据结构，如启动参数和内核页表等　信息。需要注意的是Ｕ—Ｂｏｏｔ的映像，内核映像和根文件系统映像　罩者之间地址不能重叠，百　０会导致系统崩溃　值得＝｝．｝＝意的是环境变量的存储空间最好单独分配一个扇区，因　为后面对设簧的环境变量存储，　要先对其所在扇区进行擦除，这　样可以防ＩＥ把Ｕ—Ｂｏｏｔ的文件映像擦除掉。　应用实例　具是ＧＮＵ　Ｔｏｏｌｓ，使用的交叉编译环境足Ｃｒｏｓｓ－２．９５．３　具体的移植步骤如下：　（１）修改Ｕ　Ｂｏｏｔ根目录下的Ｍａｋｅｆｉｌｅ文件：配置交叉编译环　境编译器路径　ＣＲＯＳＳＣＯＭＰＩＬＥ＝／ｕｓｅｒ／ｌｏｃａｌ／ａｒｍ／２９５．３／ｂｉｎ／ａｒｍ．ｔｉｎｕｘ．　—．（２）修改ｃｏｎｆｉｇ．ｍｋ文件中的ＴＥＸＴ＿ＢＡＳＥ＝０ｘ２１ｆ０００００　（３）对ｉｎｃｌｕｄｅ／ｃｏｎｉｆｇｓ／ａｔ９１ｒｍ９２００ｄｋ．ｈ文件的配置：　３．２参数设置问题　Ｕ—Ｂｏｏｔ的重要作用之就是设置内核的启动参数。通常需要　南ＵＩＢｏｏｔ设旨的内核启动参数有：内核映像存放地址，根文件系　统映像地ｍ，控制台信息等　Ｕ—Ｂｏｏｔ通过环境变量来保存设置的　启动参数。当Ｕ—Ｂｏｏｔ启动时，环境变量被复制到ＲＡＭ中。放在　修改＃ｄｅｆｉｎｅ　ＰＨＹＳ—ＦＬＡＳＨ—ＳＩＺＥ　０ｘ１０（ＸＫ￣把Ｆｌａｓｈ配置　为目标板的Ｌ６Ｍ。　增加＃ｄｅｆｉｎｅ　ＣＦＧ—ＦＬＡＳＨ—ＳＥＣ　１２８定义Ｆｌａｓｈ・个扇区的　大小　修改＃ｄｅｆｉｎｅ　ＣＦＧ＿ＭＡＸ—ＦＬＡＳＨＳＥＣＴ　１２８配置Ｆｌａｓｈ最　大扇区数。　ｆＪ４存的最低３２Ｋ区域　这样就完成了启动参数的传递。　内核文件中有如下的定义：　ｓｔａｔｉｃ　ｓｔｒｕｃｔ　ｍｔｄｐａｒｔｉｔｉｏｎ　ａｔ９１ｒｍ９２００ｐａｒｔｉｔｉｏｎｓ［Ｊ＝｛　修改＃ｄｅｆｉｎｅ　ＣＦＧ　ＥＮＶ—ＡＤＤＲ　（ＰＨＹＳ—ＦＬＡＳＨ一１＋　０ｘ２００００）配置环境变量在Ｆｌａｓｈ的第二扇区，首地址为０ｘ２００００。　修改＃ｄｅｆｎｉｅ　ＣＤＱＥＮｖ＿ＳＩＺＥ　０ｘ２００００配置环境变量区大　小。　ｆ　ｎａｍｅ：”Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ＇’，　ｓｉｚｅ：０ｘ０００２００００，　ｏｆｆｓ￣ｅｔ：０ｘ０．．｝　ｆ　ｎａｍｅ：”Ｋｅｒｎｅｌ”，　ｓｉｚｅ：０ｘ００１００（￣，　ｏｆｆ￣ｔ：０ｘ０００８００００，｝　（４）对于Ｆｌａｓｈ的驱动：ｆｌａｓｈ．ｃ这个文件是板级Ｆｌａｓｈ设各驱　动，提供对Ｆｌａｓｈ的初始化．擦除，读写等操作　要根据Ｉｍｅ１２８Ｆｌ　２８Ｊ３Ａ的ｄａｔａｓｈｅｅｔ来重写它的初始化，擦除，读写，丰Ｊ印Ｆｌａｓｈ　信息等子程序。　（５）对于串行口的驱动：ｓｅｒｉａ１．ｃ足串口的设备驱动程序。包　ｆ　ｎａｍｅ：”Ｆｉｌｅｓｙｓｔｅｍ”，　ｓｉｚｅ：Ｍ［ＴＤＰＡＲＴＳＩＺＦＵＬＬ，　——ｏｆｆｓｅｔ：０ｘ００１８００００，｝　括波特率设置，串口初始化，向串口输出字符，从串口接受字符等　子程序。它们不需要修改，直接用这个串口驱动程序就可以。　（６）ＳＤＲＡＭ的驱动已经由ｌｏｗｌｅｖｅｌｊｎｊｔ．Ｓ进行了初始化，　再需要自己设置。　配置完成以后，执行＃ｍａｋｅ　ｃｌｅａｎ．，＃ｍａｋｅ　ａｔ９１ｒｍ９２００ｄｋ—ｃｏｎｆ　和＃ｍａｋｅ得到Ｕ—Ｂｏｏｔ．ｂｉｎ。通过ＪＴＡＧ口和ＦＩａｓｈ烧写软件　ＦｌａｓｈＡｃｃｅｓｓ把Ｕ－Ｂｏｏｔ．ｂｉｎ下载到Ｆｌａｓｈ里，重新卜电。通过超级　终端可以看到串【＝Ｊ输出的Ｊ｝ｉ确启动信息，这样Ｕ－Ｂｏｏｔ就移枇成功　了。当然可以根据需要在这个基础上添加其他…些功能（如ＵＳＢ　驱动等）　也可以进一步加载Ｌｉｎｕｘ内核映像文件和文件系统来启　动Ｌ　ｌＵＸ操作系统　）：　ＭＴＤ设备被划分为３个区，分别用来存储启动代码，内核和　文件系统。这　个　晌　地　Ｉ：和大小可由用广ｌ自已配置，它们需要　和Ｕ－Ｂｏｏｔ传递的地址致，内核和根文件系统才能正确的运行。　设置启动参数的Ｕ—Ｂｏｏｔ　要ｌ命令如下：　ｂｏｏｔｃｍｄ是自动启动叫啦定的｜命令。它在启动后倒计时为零后　自动执行所定义的命令。　ｂｏｏｔｍ是从指定位置启动程序　ｂｏｏｔｃｍｄ和ｂｏｏｔｍ结合使用　就Ｈ】以传递内｛幺映像地址，自动加戡内核。如ｂｏｏｔｃｍｄ　ｂｏｏｔｍ　１００￣００００就　ｉ』以把起始地址在Ｏｘｌ００￣８００００的内核加载运行。　ｂｏｏｔａｒｇｓ：该变量的内容被传递到Ｌｉｎｕｘ内核作为启动参数　设　置环境变量Ｂｏｏｔａｒｇｓ　＇ｃｏｎｓｏｌｅ＝ｔｔｙＳ０，．１　ｌ５２ｏ０　ｉｎｉｔｒｄ＝ｎｏｎｅ　ＣＯＮＦＩＧＣＭＤＬＩＮＥ＝’５结束语　Ｕ－Ｂｏｏｔ提供硬件的初始化并为后续加载操作系统创造良好的　运行环境。研究其启动过程有助于更好的理解硬件系统　本文作者　移植的Ｕ—Ｂｏｏｔ已经成功运行在目标板，并在此　础Ｌ加载丁Ｌｉｎｕｘ　内核和根文件系统。本文虽然是摹于ＡＴ９１ＲＭ９２００移机的，　移　植步骤和方法对于其他嵌入式处理器也有参考价值。国　参考文献　【１】陈渝＋李明。杨晔．源码开放的嵌入式系统软件分析与实践ｔＭｌ，北　ｒｏｏｔ＝／ｄｅｖ／ｍｔｄｂｌｏｃｋ２”通知内核以ｔｔｙＳ０作为控制台，根文件系统　在ＭＴＤ的第三个分区，这样内核就得到了根文件系统的加载地　４　Ｕ－Ｂｏｏｔ移植实例　京航空航天大学出版杜，２００４．　１２１　ＡＴ９１ＲＭ９２００　ｄａｔａｓｈｅｅｔ　Ａｔｍｅｌ　ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，２００３．　４．１　目标板主要的硬件资源　ＡＴ９１ＲＭ９２００嵌入式微处　器、两片ｌ６Ｍ的ＳＩ）ＲＡＭ　（ＨＹ５７Ｖ２８　ｌ６２Ｃ）ＨＣＴ）、　一　片　ｌ６Ｍ的　ＮＯＲ　Ｆｌａｓｈ（Ｉｎｔｅ１２８Ｆ１２８Ｊ３Ａ）、　个ＵＳＢ主机接口、　－个ＵＳＢ设备接　ＬＪ、四个ＵＡＲＴ接ＬＪ和一个ＪＴＡＧ，ｄＩＣＥ接　】。　Ｉ３】秦贵和．徐华中．王磊．ＡＲＭ９嵌入式技术及Ｌｉｎｕｘ高级实践教程　【Ｍ】，北京航空航天大学ＬＨ版社，２００５．　作者简介：李志刚（１９７７一），男，南京邮电走学硕士研究生。主要研究方向　计算机监锄】控制技术；周西峰．男，南京邮电戈学自动化学院副教授．硕士　生导师．主要研究方向：计算机监测控制技术。　作者声明：自愿将本文稿酬捐为“仪器仪表用户杂志爱＿助学基金”　４．２　Ｕ・Ｂｏｏｔ移植方法和步骤　本文主机的开发平台是Ｒｅｄ９．ｌ０　Ｌｉｎｕｘ操作系统，软件开发工　欢迎订阅欢迎撰稿欢迎发布产品广告信息　ＥＩＣ　ＶＯＩ．１　３　２００６　Ｎｏ．６　９７