维普资讯 http://www.cqvip.com 第２Ｏ卷第８期 电脑开发与应用 文覃纲号：１００３—５８５０（２００７）０８—００５３—０２ Ｕ—Ｂ００ｔ启动流程分析与￥３Ｃ２４１０上的移植 Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｏｆ Ｕ—Ｂｏｏｔ ｓｔａｒｔｕｐ ａｎｄ Ｐｏｒｔｉｎｇ ｔｏ Ｓ３Ｃ２４１０ 董 晨 高金山 陈庆伟 王亚庭 （北京交通大学计算机与信息技术学院 北京 １０００４４） 【摘 要】Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ（引导加载程序）是嵌入式系统开发的关键环节之一，通过这段代码，可以初始化硬件设 备，建立内存空问的映射图，从而将系统的软硬件设置成合适状态，以便为最终调用操作系统内核准备好正确 的环境。Ｕ—Ｂｏｏｔ是一个开放源码的功能强大的Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ，具备烧写ｆｌａｓｈ、以太网下载等功能，移植Ｕ－Ｂｏｏｔ 可以为嵌入式系统的开发调试提供诸多方便。重点分析了与Ｕ—ｂｏｏｔ的启动流程相关的三个源文件，并介绍了 ￥３Ｃ２４１０开发板上的移植实例。为在其他嵌入式处理器上进行Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ程序设计提供了参考。 【关键词】Ｓ３Ｃ２４１Ｏ，Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ，Ｕ—Ｂｏｏｔ移植 中圈分类号：ＴＰ３１１．５ 文献标识码：Ａ ＡＢＳＴＲＡＣＴ Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｋｅｙ ｐａｒｔｓ ｉｎ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｓｙｓｔｅｍ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ．Ｂｙ ｔｈｉｓ ｃｏｄｅ，ｈａｒｄｗａｒｅ ｉｓ ｉｎｉｔｉａｌｉｚｅｄ ａｎｄ ｍｅｍｏｒｙ ｓｐａｃｅ ｉｓ ｍａｐｐｅｄ．Ａｓ ａ ｒｅｓｕｌｔ，ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ’Ｓ ｈａｒｄｗａｒｅ ａｎｄ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｉｓ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ ＯＳ ｋｅｒｎｅｌ ｓｔａｒｔｉｎｇ ｕｐ．Ｕ—Ｂｏｏｔ ｉｓ ａ ｐｏｗｅｒｆｕｌ ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｂｅ ｕｔｉｌｉｚｅｄ ｆｏｒ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｓｙｓｔｅｍ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ’ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ａｎｄ ｄｅｂｕｇｇｉｎｇ．Ａｆｔｅｒ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｔｈｅ ｓｔａｒｔｕｐ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ Ｕ－Ｂｏｏｔ，ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ａｎ ａｐｐｒｏａｃｈ ｔＯ ｐｏｒｔ Ｕ—Ｂｏｏｔ ｏｎ￥３Ｃ２４１０ ｂｏａｒｄ．Ａｌｌ ｔｈｉｓ ｗｏｒｋ ｃａｎ ｂｅ ｒｅｆｅｒｒｅｄ ｔＯ ｗｈｅｎ ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ ｆｏｒ ｏｔｈｅｒ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒｓ． ＫＥＹＷＯＲＤＳ￥３Ｃ２４１０，ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ，Ｕ—ｂｏｏｔ ｐｏｒｔｉｎｇ． 引导加载程序（Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ）的开发和移植是嵌入 式系统开发的难点之一，同时也是系统运行的基本条 件。Ｕ—ｂｏｏｔ是当前比较流行、功能强大的ＢｏｏｔＬｏａｄｅｒ， 它可以支持多种体系结构的处理器，同时提供了完备 的命令体系。Ｕ—Ｂｏｏｔ具有以太网下载程序、网络启动 操作系统、烧写ｆｌａｓｈ等功能，是理想的Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ，将 Ｕ—Ｂｏｏｔ移植到嵌入式开发板上可提高开发效率。 １ Ｕ—ｂｏｏｔ启动流程分析 图１ Ｕ—Ｂｏｏｔ届动代码沉程图 开发板上电后，执行ｕ—ｂｏｏｔ的第一条指令，然后 ｓｔａｒｔ： 一顺序执行ｕ—ｂｏｏｔ启动函数。函数调用顺序如图１所 因此，必须通知编译器以使其知道这个入口，该工 示。Ｕ—ｂｏｏｔ启动流程主要体现在３个文件上，即ｓｔａｒｔ． 作可通过修改连接器脚本文件ｕ—ｂｏｏｔ．１ｄｓ来完成。ｕ— Ｓ、ｌｉｂ ａｒｍ／ｂｏａｒｄ．Ｃ和ｕ—ｂｏｏｔ／ｃｏｍｍｏｎ／ｍａｉｎ．ｃ。下面 ｂｏｏｔ．１ｄｓ文件用来设置Ｕ—ｂｏｏｔ中各个目标文件的连 详细分析启动流程。 接地址。②设置异常向量（ＥｘｃｅｐｔｉｏｎＶｅｃｔｏｒ）：中断异 １．１ ｓｔａｒｔ．Ｓ文件 常向量表是ｕ—ｂｏｏｔ与操作系统内核发生联系的关键 ｓｔａｒｔ．Ｓ文件主要是ＣＰＵ的初始化，用汇编语言 地方之一。即使操作系统内核已经得到处理器的控制 编写，其主要代码流程如下： 权运行，一旦发生中断，处理器还是会自动跳转到从 ①定义入口：由于一个可执行的Ｉｍａｇｅ必须有一 ＯｘＯ地址开始的异常中断向量表中的某个位置（依据 个入口点，并且只能有一个全局入口，通常这个入口放 于中断类型）处读取指令运行。异常中断向量表从０地 在ＲｏＭ（Ｆｌａｓｈ）的０ｘ０地址，在ｓｔａｒｔ．Ｓ文件中有如下 址开始，连续８×４字节的空间，分别是复位、未定义指 语句： 令错误、软件中断、预取指令错误、数据存取错误、 ．ｇｌｏｂｌ ｓｔａｒｔ ＩＲＱ、ＦＩＱ和一个保留的中断向量。③设置ＣＰＵ的速 ＊ ２００７—０１—１２收到，２００７—０６—１５改回 ＊＊董晨，男，１９９３年出生，硕士研究生，研究方向：嵌入式系统。 维普资讯 http://www.cqvip.com Ｕ—Ｂｏｏｔ启动流程分析与￥３Ｃ２４１０上的移植 度、时钟频率及中断控制寄存器：依次为关闭看门狗计 时器，屏蔽所有中断，配置时钟（包括三个寄存器： ｐＷＴＣＯＮ、ＩＮＴＭＲ、ＣＬＫＤＩＶＮ）。④初始化内存控制 器：内存控制器初始化主要通过设置１３个从 ０ｘ４８００００００开始的特殊功能寄存器来完成，包括外部 数据总线宽度、访问周期、定时的控制信号等。⑤将 ＲＯＭ中的程序复制到ＲＡＭ中：首先利用ＰＣ取得 ＢｏｏｔＬｏａｄｅｒ在Ｆｌａｓｈ的起始地址，再通过标号之差计 算出这个程序代码的大小。通过寄存器（ｒ３到ｒｌ０）作 为复制的中间媒介，将代码复制到ＲＡＭ中。 ⑥初始化堆栈：进入各种模式设置相应模式的堆 栈。 ⑦转到ＲＡＭ中执行：该工作可使用指令ｌｄｒ ｐｃ 来完成。即ｌｄｒ ｐｃ，ｓｔａｒｔ ａｒｍｂｏｏｔ。 １．２ ｌｉｂ—ａｒｍ／ｂｏａｒｄ．ｃ文件 ‘Ｕ—ｂｏｏｔ／Ｌｉｂ ａｒｍ／ｂｏａｒｄ．Ｃ中的ｓｔａｒｔ ａｒｍｂｏｏｔ 是Ｃ语言开始的函数，也是整个启动代码中Ｃ语言的 主函数，该函数调用一系列的初始化函数，进行各种初 始化设置。该函数完成的操作为： ①调用一系列的初始化函数，包括：ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ— ｉｎｉｔ（中断设置），ｅｎｖ ｉｎｉｔ（环境变量设置）等等。②初 始化Ｆｌａｓｈ设备。③初始化系统内存分配函数。④如果 目标系统拥有ＮＡＮＤ设备，则初始化ＮＡＮＤ设备。⑤ 如果目标系统有显示设备，则初始化该类设备。⑥初始 化相关网络设备，填写ＩＰ、ＭＡＣ地址等。 １．３ Ｕ—ｂｏｏｔ／ｃｏｍｍｏｎ／ｍａｉｎ．ｃ文件 完成上述初始化后，进人命令循环（即整个ｂｏｏｔ 的工作循环），代码为： ｆｏｒ（；；）｛ ｍａｉｎｌｏｏｐ（）； —） ｍａｉｎ—ｌｏｏｐ函数存在于Ｕ—ｂｏｏｔ／ｃｏｍｍｏｎ／ｍａｉｎ．Ｃ文 件中，启动过程会出现“Ｈｉｔ ａｎｙ ｋｅｙ ｔｏ ｓｔｏｐ ａｕｔｏｂｏｏｔ” 提示，若回车则进人命令提示状态，否则Ｕ—ｂｏｏｔ从某 个位置（由ｂｏｏｔｅｍｄ参数设置）启动操作系统内核。 ２ Ｕ—ｂｏｏｔ的移植实例 以北京恒颐高科生产的Ｈ２４１０ＥＢ开发板为例，存 储地址分布为：ＦＬＡＳＨ中０Ｘ０—０Ｘ１ＢＦＦＦ为Ｕ— ＢＯＯＴ代码，０Ｘ１Ｃ０００—０Ｘ２ＢＦＦＦ为环境参数保存区， Ｏｘ２ＣＯ００一ＯＸ１ＦＦＦＦＦ 为程序区，ＳＤＲＡＭ 中 ｏＸ３３Ｆ８ｏｏｏｏ—ＯＸ３３ＦＦＦＦＦＦ为Ｕ—Ｂｏｏｔ代码区。 在移植过程中需要根据自己开发板硬件的配置修 改相关的文件，修改的文件内容如下：ｂｏａｒｄ／ｍｙ２４１０／ ｌｏｗｌｅｖｅｌ－ｉｎｉｔ．Ｓ：这段汇编代码的作用是初始化内存 控制器。通过设置从地址０ｘ４８００００００开始的１３个寄 存器的值，来初始化存储空间，设置刷新频率。本开发 板的情况是ＢＡＮＫ０映射１６位的Ｎｏｒ ＦＬＡＳＨ， ＢＡＮＫ３映射８位工作模式的ＲＴＬ８０１９以太网卡， ＢＡＮＫ６映射３２位的ＳＤＲＡＭ，其容量是６４Ｍ。根据 这些情况并参考ｓ３ｃ２４１０数据手册编辑ｌｏｗｌｅｖｅ１． ｉｎｉｔ．Ｓ 添加Ｎｏｒ Ｆｌａｓｈ驱动：开发板所用的Ｎｏｒ Ｆｌａｓｈ与 参考板不同，因此要移植Ｆｌａｓｈ的驱动程序。 添加以太网驱动：Ｈ２４１０ＥＢ开发板的网卡与参考 板不同，需要修改ｉｎｃｌｕｄｅ／ｃｏｎｆｉｇｓ／ｍｙ２４１０．ｈ头文件 增加对ＲＴＬ８０１９网卡的支持。 ＃ｄｅｆｉｎｅ ＣＯＮＦＩＧＤＲＩＶＥＲＲＴＬ８０１ ９ １ ——ｌ ｗｅ ｈａｖｅ ａ ＲＴＬ８０１ ｏｎ—ｂｏａｒｄ ｜ ＃ｄｅｆｉｎｅ ＲＴＬ８０１ ９ＢＡＳＥ ０ｘ１ ８００００００ 一／＊定义ＲＴＬ８０１９网卡的基地址ｂａｎｋ ３＊／ 此外还要定义目标板ＭＡＣ地址、子网掩码、ＩＰ 地址以及宿主机ＩＰ地址。 代码修改完成后，重新进行编译。将编译后的Ｕ— ｂｏｏｔ．ｂｉｎ通过ＪＴＡＧ口烧写到目标板Ｆｌａｓｈ的０ｘ０地 址。移植成功后，开发板上电时Ｕ—ｂｏｏｔ启动，可以在 超级终端看到串口打印出的消息。 ３结束语 对于嵌入式应用，一个高效且可定制的 Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ会使用户的开发事半功倍，而Ｕ—Ｂｏｏｔ正是 以此为目标。笔者移植的Ｕ—Ｂｏｏｔ已经能够稳定地运 行在开发板上，并且可以通过以太网加载ｌｉｎｕｘ内核 映像，为后续的软件开发奠定了很好的基础。 参考文献 Ｅｌ ｉ ＤＥＮＸ Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．Ｄａｓ Ｕ—Ｂｏｏｔ—ｔｈｅ Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｂｏｏｔ Ｌｏａｄｅｒ［ＯＬ］．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｄｅｎｘ．ｄｅ／ ｗｉｋｉ／ＵＢｏｏｔ／ＷｅｂＨｏｍｅ，Ｒｅｖｉｓｉｏｎ ｒｌ，２００７—６—１３． Ｌ２］ Ｋａｒｉｍ Ｙａｇｈｍｏｕｒ．Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｅｍｂｅｄｄｅｄ Ｌｉｎｕｘ Ｓｙｓｔｅｍｓ ［Ｍ］．ＵＳＡ：Ｏ’Ｒｅｉｌｌｙ，２００３． －１３］ 陈渝，李 明，杨 晔．源码开放的嵌入式系统软件 分析与实践［Ｍ］．北京：北京航空航天大学出版社， ２００４． Ｅ４］ 詹荣开．嵌入式系统Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ技术内幕．ｈｔｔｐ：／／ ＷＷＷ．ｉｂｍ．ｃｏｒｎ／ｄｅｖｅｌｏｐｅｒｗｏｒｋｓ／ｃｎ／ｌｉｎｕｘ／１一ｂｔｌｏｏｄｅｘ／ ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌ，Ｒｅｖｉｓｉｏｎ １．０，２００３—１２—１２． Ｅ５３ 孙纪坤，张小全．嵌入式Ｌｉｎｕｘ系统开发技术详解～基 于ＡＲＭ［Ｍ］．北京：人民邮电出版社，２００６．
