引导加载程序

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1、1.引言在专用的嵌入式板子运行GNU/Linux系统已经变得越来越流行。一个嵌入式Linux系统从软件的角度看通常可以分为四个层次：1.引导加载程序。包括固化在固件(firmware)中的boot代码(可选)，和BootLoader两大部分。2.Linux内核。特定于嵌入式板子的定制内核以及内核的启动参数。3.文件系统。包括根文件系统和建立于Flash内存设备之上文件系统。通常用ramdisk来作为rootfs。4.用户应用程序。特定于用户的应用程序。有时在用户应用程序和内核层之间可能还会包括一

2、个嵌入式图形用户界面。常用的嵌入式GUI有：MicroWindows和MiniGUI懂。引导加载程序是系统加电后运行的第一段软件代码。回忆一下PC的体系结构我们可以知道，PC机中的引导加载程序由BIOS(其本质就是一段固件程序)和位于硬盘MBR中的OSBootLoader（比如，LILO和GRUB等）一起组成。BIOS在完成硬件检测和资源分配后，将硬盘MBR中的BootLoader读到系统的RAM中，然后将控制权交给OSBootLoader。BootLoader的主要运行任务就是将内核映象从硬盘

3、上读到RAM中，然后跳转到内核的入口点去运行，也即开始启动操作系统。而在嵌入式系统中，通常并没有像BIOS那样的固件程序（注，有的嵌入式CPU也会内嵌一段短小的启动程序），因此整个系统的加载启动任务就完全由BootLoader来完成。比如在一个基于ARM7TDMIcore的嵌入式系统中，系统在上电或复位时通常都从地址0x00000000处开始执行，而在这个地址处安排的通常就是系统的BootLoader程序。本文将从BootLoader的概念、BootLoader的主要任务、BootLoader的

4、框架结构以及BootLoader的安装等四个方面来讨论嵌入式系统的BootLoader。2.BootLoader的概念简单地说，BootLoader就是在操作系统内核运行之前运行的一段小程序。通过这段小程序，我们可以初始化硬件设备、建立内存空间的映射图，从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态，以便为最终调用操作系统内核准备好正确的环境。通常，BootLoader是严重地依赖于硬件而实现的，特别是在嵌入式世界。因此，在嵌入式世界里建立一个通用的BootLoader几乎是不可能的。尽管如此，我们仍

5、然可以对BootLoader归纳出一些通用的概念来，以指导用户特定的BootLoader设计与实现。1.BootLoader所支持的CPU和嵌入式板每种不同的CPU体系结构都有不同的BootLoader。有些BootLoader也支持多种体系结构的CPU，比如U-Boot就同时支持ARM体系结构和MIPS体系结构。除了依赖于CPU的体系结构外，BootLoader实际上也依赖于具体的嵌入式板级设备的配置。这也就是说，对于两块不同的嵌入式板而言，即使它们是基于同一种CPU而构建的，要想让运行在一块

6、板子上的BootLoader程序也能运行在另一块板子上，通常也都需要修改BootLoader的源程序。2.BootLoader的安装媒介（InstallationMedium）系统加电或复位后，所有的CPU通常都从某个由CPU制造商预先安排的地址上取指令。比如，基于ARM7TDMIcore的CPU在复位时通常都从地址0x00000000取它的第一条指令。而基于CPU构建的嵌入式系统通常都有某种类型的固态存储设备(比如：ROM、EEPROM或FLASH等)被映射到这个预先安排的地址上。因此在系统加

7、电后，CPU将首先执行BootLoader程序。下图1就是一个同时装有BootLoader、内核的启动参数、内核映像和根文件系统映像的固态存储设备的典型空间分配结构图。图1固态存储设备的典型空间分配结构[img]mhtml:file://C:DocumentsandSettingsAdministratorLocalSettingsTempRar$DI00.531嵌入式系统BootLoader技术内幕.mht![/img]3.用来控制BootLoader的设备或机制主机和目标机之间一

8、般通过串口建立连接，BootLoader软件在执行时通常会通过串口来进行I/O，比如：输出打印信息到串口，从串口读取用户控制字符等。4.BootLoader的启动过程是单阶段（SingleStage）还是多阶段（Multi-Stage）通常多阶段的BootLoader能提供更为复杂的功能，以及更好的可移植性。从固态存储设备上启动的BootLoader大多都是2阶段的启动过程，也即启动过程可以分为stage1和stage2两部分。而至于在stage1和stage2具体完成哪些任务将在下面讨论。5.