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嵌入式开发_Bootloader的烧写

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1.Bootloader的作用

  1. 对于无OS的arm,可以将其用作一般的单片机使用。不带OS的arm另外一种开发方式就是用Bootloader来引导应用程序的下载,如通过串口或网口(具体实现依赖于Bootloader的代码功能)。
  2. 要在arm上运行OS,就必须要有Bootloader了。之所以依赖Bootloader引导内核,是因为ARM无法完成大系统映像的下载工作,而Bootloader下载可以有更多的自由度,可以制定内核映像和文件系统映像的下载地址等。Bootloader的职责包括硬件检测、硬件初始化和加载kernel,这些工作按照功能可以分为两个部分:硬件检测和初始化功能实现作为stage1;加载kernel作为stage2。stage1完全依赖于硬件,这一部分用汇编语言实现;stage2与操作系统有关,一般用C语言来实现。

2.Bootloader的工作模式

在开发时,通常使用各种命令操作Bootloader,一般通过串口来连接PC和开发板,可以在串口上输入各种命令、观察运行结果、烧写内核和文件系统等。这也只是堆开发人员才有意义,用户使用产品时是不用串口来控制Bootloader的。从这个观点看,bootloader可以分为以下两种工作模式:

  1. 启动加载模式
    上电后,Bootloader从板子上的某个固态存储设备上将操作系统加载到RAM运行,这个过程没有用户的介入。
  2. 下载模式
    这种模式下,开发人员使用各种命令,从主机上将文件(内核映像、文件系统映像)下载到目标机上。板子与主机间传输文件时,可以用串口的xmodem/ymodem/zmodem协议,它们使用简单,只是速度比较慢;还可以使用tftp、nfs协议来传输;或者使用USB传输。

3.如何将Bootloader烧写(固化)到非易失性存储介质中去呢?(Nor Flash,Nand Flash等)

具体要分以下几种情况:

(1)使用编程器将Bootloader烧写到falsh中:

将Bootloader写入Flash,然后将烧写完毕的Flash插入板子上,这是针对Flash还没有插入板子的情形。编程器也叫device programmer,是对非易失性存储介质和其他电可编程设备进行编程的工具。传统的编程器,需要把Flash(举例)从电路板上取下来,插到编程器的接口上,以完成擦除和烧写。现在的编程器发展的方向是ISP(In-System Programming,在系统可编程),就是指电路板上的空白器件可以编程写入最终用户代码,而不需要从电路板上取下器件。

(2)使用ADS软件和ARM仿真器:

先将编译后的Flash烧写程序加载到SDRAM中,运行Flash烧写程序,在指定Flash烧写的起始地址后,Flash烧写程序将从电脑上把编译好的Bootloader映像烧写到Flash的指定位置。

(3)使用Bootloader:

这是针对Bootloader已经驻留在Flash的情形,可以通过Bootloader烧Bootloader,Bootloader之所以具有这种功能,是由Bootloader的分段执行特性决定的,当Bootloader在Flash中执行时,主要是把自身剩余的代码复制到SDRAM中,然后进入到SDRAM运行后就可以反过来更新Flash中的Bootloader映像了。如果Bootloader不分段一直在Flash中执行,同时又更新Flash中的数据,这样将造成逻辑错误。

(4)处理器支持从ROM启动

有些厂商为了方便用户下载代码和调试,在其处理器内部集成了一个小的ROM,事先固化一小段代码。因为容量有限,代码的功能有限,一般只是初始化串口,然后等待从串口输入数据。这样,串口线实际上就成为了编程器的硬件连接了。比如,Cirrus Logic 的EP93XX系列,它内部集成了一个BootROM,固化代码初始化串口,支持从串口下载数据。那么在Host端只需要相应的开发一个相同串口协议的download程序,就可以完成bootloader(EP93XX系列使用的是Redboot)烧写到Falsh里【注:这里的编程器就可以认为是download+RS-232交叉线】,然后从Falsh启动,有Redboot进行下面的工作。因为Redboot实现了串口传输协议和TFTP协议,就可以通过RS-232来进行控制,通过Ethernet完成大的映象文件如kernel和fs的下载固化。这样,从硬件上电,到最后系统启动的所有环节就都很清晰了。ATMEL的AT91RM9200内部也集成了一个ROM,固化代码,同样初始化串口,启动串口传输协议Xmodem,等待输入【注:这里的编程器就可以认为是loader+RS-232交叉线】。官方提供的loader就是完成把U-boot下载固化到flash里面。因为kernel和fs比较大,可以采用压缩,官方提供boot来完成从flash启动后自动解压过程。这样,从flash启动就慢了许多。

(5)处理器不支持从ROM启动

还有些厂商为了节省ROM空间,提高集成度,不支持从ROM启动模式。比如三星公司的S3C2410等。这样一种简单的方法就是采用JTAG下载线作为编程器的硬件连接,完成其Bootloader(如Vivi)的烧写。在Windows环境下,针对JTAG硬件连接,编程器的软件有JFlash(JTAG for Flash),SJF,Flash Programmer等,还是比较丰富的。在Linux环境下,我所知道的有JFlash的Linux版本【注:在Linux下,这里的编程器就可以认为是JFlash+JTAG下载线,S3C2410是提供JTAG接口的】。

4.参考文章

bootloader与u-boot移植:http://wenku.baidu.com/view/24824feef8c75fbfc77db29b.html
烧写Bootloader的几种方法:http://blog.donews.com/tmsonhust/archive/2008/02/19/1254190.aspx
bootloader烧写 :http://blog.chinaunix.net/u1/45540/showart_513097.html

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