Linux簡介：

　　Linux是一類Unix計算機(jī)操作系統(tǒng)的統(tǒng)稱。Linux操作系統(tǒng)的內(nèi)核的名字也是“Linux”。Linux操作系統(tǒng)也是自由軟件和開放源代碼發(fā)展中著名的例子。嚴(yán)格來講，Linux這個詞本身只表示Linux內(nèi)核，但在實際上人們已經(jīng)習(xí)慣了用Linux來形容整個基于Linux內(nèi)核，并且使用GNU 工程各種工具和數(shù)據(jù)庫的操作系統(tǒng)。Linux得名于計算機(jī)業(yè)余愛好者Linus Torvalds。

　　Linux 操作系統(tǒng)是UNIX 操作系統(tǒng)的一種克隆系統(tǒng)。它誕生于1991 年的10 月5 日。以后借助于Internet 網(wǎng)絡(luò)，并經(jīng)過全世界各地計算機(jī)愛好者的共同努力下，現(xiàn)已成為今天世界上使用多的一種UNIX 類操作系統(tǒng)，并且使用人數(shù)還在迅猛增長。

　　1 引言     

    Linux具備良好的裁剪性和移植性，并且開源、資源豐富，已成為嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)熱點。一個完整的嵌入式Linux系通通常包括Bootloader、內(nèi)核、文件系統(tǒng)三部分，目標(biāo)板上電后由Bootloader初始化硬件，引導(dǎo)內(nèi)核和文件系統(tǒng)來啟動Linux。但是由于在嵌入式開發(fā)中基于MIPS體系的Bootloader較少，開發(fā)者在移植MIPS Bootloader需花費大量精力。結(jié)合OCTEON3010(MIPS64)的U-boot移植經(jīng)驗，分析嵌入式LinuxBootloader的工作原理及功能，設(shè)計了一個基于MIPS體系的Bootloader模型。對OCTEON系列的MIPS處理器Bootloader的設(shè)計具有參考價值和指導(dǎo)意義。

　　BootLoader簡介：

　　簡單地說，BootLoader就是在操作系統(tǒng)內(nèi)核運行之前運行的一段小程序。通過這段小程序，我們可以初始化硬件設(shè)備、建立內(nèi)存空間映射圖，從而將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境帶到一個合適狀態(tài)，以便為終調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)核準(zhǔn)備好正確的環(huán)境。在嵌入式系統(tǒng)中，通常并沒有像BIOS那樣的固件程序，因此整個系統(tǒng)的加載啟動任務(wù)就完全由BootLoader來完成。比如在一個基于ARM7TDMI core的嵌入式系統(tǒng)中，系統(tǒng)在上電或復(fù)位時通常都從地址0x00000000處開始執(zhí)行，而在這個地址處安排的通常就是系統(tǒng)的BootLoader程序。

　　2 Bootloader原理分析

      Bootloader是在運行操作系統(tǒng)內(nèi)核前所執(zhí)行的一段小程序。通過執(zhí)行這段小程序，實現(xiàn)初始化硬件設(shè)備、建立內(nèi)存空間的映射圖，從而為系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境設(shè)置一個合適狀態(tài)，以便為終調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)核準(zhǔn)備好正確環(huán)境。

      大多數(shù)Bootloader包含"啟動加載"和""兩種操作模式。從終用戶來看，Bootloader就是用來加載操作系統(tǒng)，而無工作模式區(qū)別。其中，啟動加載模式是Bootloader從目標(biāo)機(jī)上的某個固態(tài)存儲設(shè)備將操作系統(tǒng)加載到RAM中運行，整個過程并沒有用戶介入。這種模式是Bootloader的正常工作模式。而在模式下，目標(biāo)機(jī)上的Bootloader通過串口連接或網(wǎng)絡(luò)連接從主機(jī)(Host)文件，例如內(nèi)核映像和根文件系統(tǒng)映像等。

      由于實現(xiàn)Bootloader依賴CPU的體系結(jié)構(gòu)，因此大多數(shù)Bootloader分為stage1和stage2兩部分，并依賴于CPU體系結(jié)構(gòu)的代碼，例如：設(shè)備初始化代碼等，通常放在stage1中，一般采用匯編語言。而stage2則通常采用C語言實現(xiàn)復(fù)雜功能，而且代碼具有良好的可讀性和移植性。stage1步驟通常包括：硬件設(shè)備初始化；為加載Bootloader的stage2準(zhǔn)備RAM空間；拷貝Bootloader的stage2到RAM空間中；設(shè)置好堆棧；跳轉(zhuǎn)到stage2的C入口點。Bootloader的stage2步驟通常包括：初始化當(dāng)前階段使用的硬件設(shè)備；檢測系統(tǒng)內(nèi)存映射；將Kernel映像和根文件系統(tǒng)映像從Flash上讀到RAM空間中；為內(nèi)核設(shè)置啟動參數(shù)；調(diào)用內(nèi)核。

　　3 設(shè)計移植

　　3.1 啟動流程

      針對具體的硬件內(nèi)容，詳細(xì)分析U-Boot的啟動流程后，給出啟動流程中需要修改的代碼。

　　3.2Linux bootloader 編寫方法引導(dǎo)過程概述

　　首先需要把linux內(nèi)核的setup部分拷貝到9020H:0開始的地址，然后把保護(hù)模式內(nèi)核拷貝到1MB開始的地址，然后根據(jù)Linux Boot Protocol 2.03的內(nèi)容設(shè)定參數(shù)區(qū)的內(nèi)容，基地址就是9000H：0，使用一條ljmp $0x9020,$0跳轉(zhuǎn)到setup段，

　　3.3 移植分析

      片級移植針對具體CPU初始化代碼的修改，針對對應(yīng)的MIPS平臺，主要包括：通用寄存器的初始化、CP0的初始化、watchdog初始化、Cache初始化、TLB初始化。板級移植包括：串口驅(qū)動、Flash讀寫驅(qū)動、HD讀寫驅(qū)動、網(wǎng)卡驅(qū)動。而功能層擴(kuò)展可根據(jù)需求添加新功能或裁減優(yōu)化，包括調(diào)試功能、啟動功能、功能等。

　　3.4 修改代碼

      主要修改的代碼為：makefile添加開發(fā)板的編譯支持；Include／configs／myboard.h開發(fā)板的定義，啟動參數(shù)等；cpu／mips／start.s修改初始化代碼和入口；board／myboard／flash.c對應(yīng)的Nor Flash驅(qū)動；board／myboard／myboard.c對應(yīng)的板級初始化代碼；board／myboard／lowlevel_init.s初始化硬件的匯編代碼；board／myboard／serial.c串口驅(qū)動。

　　4 OCTEON系列CPU的硬件初始化實例

　　4.1 開發(fā)環(huán)境及硬件平臺簡介

      采用的是宿主機(jī)+目標(biāo)板的模式，宿主機(jī)為PC+FC6，目標(biāo)板的CPU采用基于MIPS64 V2體系結(jié)構(gòu)的處理器OCTEON_CN3010,NOR Flash采用AMD公司8 Mb的AM-29DL640G.SDRAM采用三星公司512 Mb的M378T6553CZ3-CD5(64 Mb×8 bit)。存儲部分的硬件連接如圖1所示。

　　4.2 具體實現(xiàn)代碼

      系統(tǒng)的起始地址統(tǒng)一規(guī)定為0xBFC00000，加電后，CPU從該地址開始執(zhí)行。該地址也就是系統(tǒng)異常處理向量表的項。0xBFC00000處的中斷向量表起始處的跳轉(zhuǎn)命令，跳到了InitTLBStart中，完成了系統(tǒng)的大部分初始化，例如設(shè)置寄存器、CPU、SDRAM、Flash等。以下為具體程序代碼：

      系統(tǒng)初始化后，跳轉(zhuǎn)到board.c。在board.c中的checkboard()函數(shù)將進(jìn)一步設(shè)置CPU、SDRAM、Cache、串口等，并將硬件初始化代碼從Flash拷貝到SDRAM中繼續(xù)運行，調(diào)用main_loop()函數(shù)，進(jìn)入Bootloader的個c函數(shù)-main_loop()函數(shù)，在這個函數(shù)中將初始化硬件平臺相關(guān)的參數(shù)、模塊，并優(yōu)化參數(shù)，設(shè)置loader參數(shù)等硬件初始化。

　　4.3 Bootloader的燒錄和啟動

      使用Flash燒錄器把生成的u-boot.Bin文件燒錄到flash后，將其放人目標(biāo)板的Flash槽。目標(biāo)板通電后，串口輸出數(shù)據(jù)。至此，Bootloader被成功移植。

　　在專用的嵌入式板子運行GNU/Linux系統(tǒng)已經(jīng)變得越來越流行。一個嵌入式Linux系統(tǒng)從軟件的角度看通?？梢苑譃樗膫€層次：

　　1、 引導(dǎo)加載程序。包括固化在固件（firmware）中的boot代碼，和BootLoader兩大部分。

　　2、 Linux內(nèi)核。特定于嵌入式板子的定制內(nèi)核以及內(nèi)核的啟動參數(shù)。

　　3、 文件系統(tǒng)。包括根文件系統(tǒng)和建立于Flash內(nèi)存設(shè)備之上文件系統(tǒng)。通常用ramdisk來作為rootfs。

　　4、 用戶應(yīng)用程序。特定于用戶的應(yīng)用程序。有時在用戶應(yīng)用程序和內(nèi)核層之間可能還會包括一個嵌入式圖形用戶界面。常用的嵌入式GUI有：MicroWindows和MiniGUI等。

　　5 結(jié)語

      經(jīng)過分析引導(dǎo)轉(zhuǎn)載系統(tǒng)在嵌入式Linux系統(tǒng)中的工作原理及功能，結(jié)合移植經(jīng)驗，設(shè)計了一個基于MIPS體系的引導(dǎo)裝載系統(tǒng)模型，并給出了OCTEON初始化實例。本引導(dǎo)裝載系統(tǒng)已應(yīng)用于目標(biāo)板中，達(dá)到了預(yù)期效果，這樣證明這種引導(dǎo)裝載系統(tǒng)的模型可行，將對OCTEON系列的MIPS處理器Bootloader的設(shè)計有一定參考價值和指導(dǎo)意義。