基于ARM-μCLinux嵌入式系统启动引导的实现2

2 系统引导程序的设计

系统引导程序bootloader是嵌入式系统加电后执行的第一个程序，进行功能设计时首先要考虑以下问题：

（1）将μclinux内核和文件系统固化在flash中

目地μclinux内核和文件系统固化在flash的手段很多。主机可以通过jtag口，将内核和文件系统的映像文件烧写到指定的flash位置上；也可以通过以太网接口，将映像文件下载到flash中；另外还可以通过串口烧写到flash。前两种方法的下载速度比后一种方法快得多。在本系统中，采用串口烧写flash。这是因为一方面配置一个串口方便且廉价，而jtag烧写还要配置昂贵的jtag仿真器和相关的驱动程序以及协议转换程序，网口下载还要有以太网支持；另一方面μclinux默认通过串口打印其运行的信息，那么串口不但可以提供烧写flash的功能，还可作为调试μclinux内核的通道。

在本系统中，flash在刚开始时，只存储了bootloader，还没有存储μclinux内核和文件系统。因此bootloader在系统加电完成初始化工作后，要初始化一条链接主机和目标机的串口通道，并提供串口下载功能。

（2）系统初始化

因为系统刚加电时，操作系统的内核还没有被加载，系统的初始化工作由bootloader完成。它主要是将系统、初始化存储系统、配置arm各种模式下的数据栈、使能屏常中断、根据需要切换处理器模式和状态。

（3）μclinux内核加载方式

固化在flash中的μclinux内核有两种运行方式：一种方式是直接在flash中运行μclinux自带的引导程序；另一种方式是将固化在flash中的内核先拷贝到sdram的某一段地址区间，再从该段地址区间的首地址运行uclinux内核。

第一种方式是bootloader进行系统初始化工作后，跳到内核固化在flash中的首地址处，将控制权交给μclinux，开始在flash中逐句执行内核自带的引导程序，由该引导程序完成内核的加载工作。这种方式是目前很多嵌入式系统启动内核所采用的方式，也是本系统采用的内核加载方式。

第二种方式是bootloader完成系统初始化工作后，把内核的映像文件由flash拷贝到sdram中，再从sdram中执行μclinux内核的引导程序，加载μclinux内核。

第二种加载方式在sdram中运行程序，因此执行速度比第一种方式快一些，并且可以通过ram快速引导技术实现这种加载方式。其主要是针对nand型flash的情况。与nor型flash最大的不同点是：nor型flash使用内存随机读取技术，与sdram一样，可以直接执行存储在flash中的程序；而nand一样，可以直接内存随机读取技术，它是一次读取一整块内存，因此不能直接执行存储在nand型flash中的程序，必须把nand型flash中的程序先拷贝到sdram，再在sdram中执行该程序。但是nand型flash价格比nor型flash廉价，所以很多嵌入式系统还是采用nor型flash（几百k字节）+nand型flash（几兆字节）的存储模式。其中nor型flash存放可执行的且代码量小的bootloader和一些必要的数据，而nand型flash保存存储量较大的内核和文件系统。

在本系统中，由于采用nor型flash存储bootloader、内核和文件系统，所以可以直接访问内核所在地址区间的首地址，执行内核自己的引导程序，而且内核自带的引导程序功能强大，可以方便地内核的加载，向内核传递有关的硬件参数。本系统采用第一种加载方式。

（4）自举模式和内核启动模式的切换