1.簡述：

　　引導加載程序是系統(tǒng)加電后運行的段軟件代碼。PC機中的引導加載程序由BIOS（其本質就是一段固件程序）和位于硬盤MBR中的OS BootLoader（比如，LILO和GRUB等）一起組成。BIOS在完成硬件檢測和資源分配后，將硬盤MBR中的BootLoader讀到系統(tǒng)的RAM中，然后將控制權交給OS BootLoader。BootLoader的主要運行任務就是將內核映象從硬盤上讀到 RAM 中，然后跳轉到內核的入口點去運行。

　　2.1Bootloader概述

　　Boot Loader 就是在操作系統(tǒng)內核運行之前運行的一段程序。通過這段程序，我們可以初始化硬件設備、建立內存空間的映射圖，從而將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境帶到一個合適的狀態(tài)，以便為終調用操作系統(tǒng)內核準備好正確的環(huán)境。ARMSYS開發(fā)板提供了這樣一個uClinux專用的Bootloader，該Bootloader程序燒錄在系統(tǒng)的地址0x0處，每次上電即運行，能夠正確完成硬件系統(tǒng)的初始化和uClinux的引導。理論上，uClinux引導時并非一定需要一個獨立于內核的Bootloader。然而，將Bootloader與內核分開設計能夠使軟件架構更加清晰。

　　ARMSYS提供的Bootloader的主要任務可以概括如下：

　　1.硬件初始化；

　　2.從主機新的內核映像和文件系統(tǒng)映像；

　　3.燒寫NorFlash和Nandflash；

　　4.加載uClinux 內核映像并啟動運行；

　　5.提供串行超級終端上的人機操作界面。

　　2.2存儲空間分布

　　Bootloader采用默認的存儲空間分布地址來加載uClinux內核、文件系統(tǒng)，并按照正確引導uClinux的運行。默認的存儲空間分布如下表：

　　內容                      起始地址

　　存儲介質Bootloader程序空間         0x00000000

　　Flash壓縮內核映像                     0x00010000

　　FlashROM文件系統(tǒng)映像               0x000e0000

　　Flash內核運行地址                     0x0c008000

　　SDRAM壓縮內核解壓地址             0x0c100000

　　SDRAM文件系統(tǒng)加載                     0x0c700000

　　2.3Bootloader的工作

　　完整的Bootloader引導流程可描述如下：

　　硬件初始化階段一

　　1 硬件初始化

　　2 復制二級中斷異常矢量表

　　3 初始化各種處理器模式

　　4 復制RO和RW，清零ZI

　　硬件初始化階段二

　　5 初始化本階段使用到的硬件設備；

　　6 建立人機界面

　　7 實現映像文件的和燒錄工具

　　8 實現映像文件的加載和運行工具

　　2.3.1 硬件初始化

　　板子上電或復位后，程序從位于地址0x0的Reset Exception Vector處開始執(zhí)行，因此需要在這里放置Bootloader的條指令：b ResetHandler，跳轉到標號為ResetHandler處進行階段的硬件初始化，主要內容為：關Watchdog Timer，關中斷，初始化PLL和時鐘，初始化存儲器控制器。比較重要的是PLL的輸出頻率要計算正確，ARMSYS中把它設置為64MHz；

　　2.3.2建立二級異常中斷矢量表

　　異常中斷矢量表（Exception Vector Table）是Bootloader與uClinux內核發(fā)生聯系關鍵的地方之一。即使uClinux內核已經得到處理器的控制權運行，一旦發(fā)生中斷，處理器還是會自動跳轉到從0x0地址開始的級異常中斷矢量表中的某個表項處讀取指令運行。

　　在編寫 Bootloader時，地址0x0處的異常中斷矢量表只需簡單地包含向二級異常中斷矢量表的跳轉指令就可以。對于uClinux內核，它在RAM空間中基地址為0xc000000處建立了自己的二級異常中斷矢量表，因此，Bootloader的級異常中斷矢量表如下所示：

　　b ResetHandler ;Reset Handler

　　ldr

　　pc,=0x0c000004 ;Undefined Instruction Handler

　　ldr pc,=0x0c000008 ;Software

　　Interrupt Handler

　　ldr pc,=0x0c00000c ;Prefetch Abort Handler

　　ldr

　　pc,=0x0c000010 ;Data Abort Handler

　　b .

　　ldr pc,=0x0c000018 ;IRQ

　　Handler

　　ldr pc,=0x0c00001c ;FIQ Handler

　　LTORG

　　如果在Bootloader執(zhí)行的全過程中都不必響應中斷，那么上面的設置已能滿足要求。但在我們的ARMSYS上提供了USB器，需要用到中斷，那么Bootloader必須在同樣的地址xc000000）處配置自己的二級異常中斷矢量表。如表所示流程：

　　存放矢量表：

　　;IRQ ==the program put this phrase to 0xc000000

　　ExceptionHanlderBegin

　　b .

　　ldr pc, MyHandleUndef ; HandlerUndef

　　ldr

　　pc, MyHandleSWI ; HandlerSWI

　　ldr pc, MyHandlePabort ; HandlerPabort

　　ldr

　　pc, MyHandleDabort ; HandlerDAbort

　　b . ; HandlerReserved

　　ldr pc,

　　MyHandleIRQ ; HandlerIRQ

　　ldr pc, MyHandleFIQ ; HandlerFIQ

　　MyHandleUndef DCD HandleUndef ;reserve a word（32bit）

　　MyHandleSWI DCD

　　HandleSWI

　　MyHandlePabort DCD HandlePabort

　　MyHandleDabort DCD

　　HandleDabort

　　MyHandleIRQ DCD HandleIRQ

　　MyHandleFIQ DCD HandleFIQ

　　ExceptionHanlderEnd

　　建立二級矢量表：

　　;****************************************************

　　;* Setup IRQ handler

　　*

　　;****************************************************

　　ldr

　　r0,=（_IRQ_BASEADDRESS + 0x100）

　　ldr r2,=_IRQ_BASEADDRESS

　　add r3,r0,

　　#0x100

　　0

　　CMP r0, r3

　　STRCC r2, [r0], #4;cc:Carry clear;save R2 to R0

　　address, R0 =R0+ 4。

　　BCC %B0

　　ldr r1,=_IRQ_BASEADDRESS

　　ldr r0,=ExceptionHanlderBegin ;if there isn't

　　'subs pc,lr,#4' at 0x18, 0x1c

　　ldr r3,=ExceptionHanlderEnd

　　0

　　CMP r0, r3

　　;put the vector table at _IRQ_BASEADDRESS（0xc000000）

　　LDRCC r2, [r0],

　　#4

　　STRCC r2, [r1], #4

　　BCC %B0

　　ldr r1,=DIsrIRQ;put the IRQ judge program at

　　_IRQ_BASEADDRESS+0x80（0xc000080）

　　ldr r0,=IsrIRQ ;if there isn't 'subs

　　pc,lr,#4' at 0x18, 0x1c

　　ldr r3,=IsrIRQEnd

　　0

　　CMP r0, r3

　　LDRCC r2,

　　[r0], #4

　　STRCC r2, [r1], #4

　　BCC %B0

　　ldr r1, =MyHandleIRQ ;MyHandleIRQ point to DIsrIRQ

　　ldr r0,

　　=ExceptionHanlderBegin

　　ldr r4, =_IRQ_BASEADDRESS;

　　sub r0, r1, r0

　　add

　　r0, r0,r4

　　ldr r1, =DIsrIRQ

　　str r1, [r0]

　　定義Handlexxx：

　　^ （_IRQ_BASEADDRESS）

　　HandleReset # 4

　　HandleUndef # 4

　　HandleSWI # 4

　　HandlePabort # 4

　　HandleDabort # 4

　　HandleReserved # 4

　　HandleIRQ # 4

　　HandleFIQ # 4

　　^ （_IRQ_BASEADDRESS+0x80）

　　DIsrIRQ # 4

　　;IntVectorTable

　　^

　?。╛IRQ_BASEADDRESS+0x100）

　　HandleADC # 4

　　HandleRTC # 4

　　HandleUTXD1 # 4

　　HandleUTXD0 # 4

　　HandleSIO # 4

　　HandleIIC # 4

　　HandleURXD1 # 4

　　HandleURXD0 # 4

　　HandleTIMER5 # 4

　　HandleTIMER4 # 4

　　HandleTIMER3 # 4

　　HandleTIMER2 # 4

　　HandleTIMER1 # 4

　　HandleTIMER0 # 4

　　HandleUERR01 # 4

　　HandleWDT # 4

　　HandleBDMA1 # 4

　　HandleBDMA0 # 4

　　HandleZDMA1 # 4

　　HandleZDMA0 # 4

　　HandleTICK # 4

　　HandleEINT4567 # 4

　　HandleEINT3 # 4

　　HandleEINT2 # 4

　　HandleEINT1 # 4

　　HandleEINT0 # 4

　　將異常中斷矢量重構到SDRAM，這樣的好處就是可以在其它的功能程序內對中斷處理程序的地址任意賦值。為此，我們在44b.h文件中定義：

　　/* ISR */

　　#define pISR_RESET （*（unsigned *）（_IRQ_BASEADDRESS+0x0））

　　#define pISR_UNDEF （*（unsigned *）（_IRQ_BASEADDRESS+0x4））

　　#define pISR_SWI （*（unsigned *）（_IRQ_BASEADDRESS+0x8））

　　#define pISR_PABORT （*（unsigned *）（_IRQ_BASEADDRESS+0xc））

　　#define pISR_DABORT （*（unsigned *）（_IRQ_BASEADDRESS+0x10））

　　#define pISR_RESERVED （*（unsigned *）（_IRQ_BASEADDRESS+0x14））

　　#define pISR_IRQ （*（unsigned *）（_IRQ_BASEADDRESS+0x18））

　　#define pISR_FIQ （*（unsigned *）（_IRQ_BASEADDRESS+0x1c））

　　#define pISR_ADC （*（unsigned *）（_IRQ_BASEADDRESS+0x100））//0x20））

　　#define pISR_RTC （*（unsigned *）（_IRQ_BASEADDRESS+0x104））//0x24））

　　#define pISR_UTXD1 （*（unsigned *）（_IRQ_BASEADDRESS+0x108））//0x28））

　　#define pISR_UTXD0 （*（unsigned *）（_IRQ_BASEADDRESS+0x10c））//0x2c））

　　#define pISR_SIO （*（unsigned *）（_IRQ_BASEADDRESS+0x110））//0x30））

　　#define pISR_IIC （*（unsigned *）（_IRQ_BASEADDRESS+0x114））//0x34））

　　#define pISR_URXD1 （*（unsigned *）（_IRQ_BASEADDRESS+0x118））//0x38））

　　#define pISR_URXD0 （*（unsigned *）（_IRQ_BASEADDRESS+0x11c））//0x3c））

　　#define pISR_TIMER5 （*（unsigned *）（_IRQ_BASEADDRESS+0x120））//0x40））

　　#define pISR_TIMER4 （*（unsigned *）（_IRQ_BASEADDRESS+0x124））//0x44））

　　#define pISR_TIMER3 （*（unsigned *）（_IRQ_BASEADDRESS+0x128））//0x48））

　　#define pISR_TIMER2 （*（unsigned *）（_IRQ_BASEADDRESS+0x12c））//0x4c））

　　#define pISR_TIMER1 （*（unsigned *）（_IRQ_BASEADDRESS+0x130））//0x50））

　　#define pISR_TIMER0 （*（unsigned *）（_IRQ_BASEADDRESS+0x134））//0x54））

　　#define pISR_UERR01 （*（unsigned *）（_IRQ_BASEADDRESS+0x138））//0x58））

　　#define pISR_WDT （*（unsigned *）（_IRQ_BASEADDRESS+0x13c））//0x5c））

　　#define pISR_BDMA1 （*（unsigned *）（_IRQ_BASEADDRESS+0x140））//0x60））

　　#define pISR_BDMA0 （*（unsigned *）（_IRQ_BASEADDRESS+0x144））//0x64））

　　#define pISR_ZDMA1 （*（unsigned *）（_IRQ_BASEADDRESS+0x148））//0x68））

　　#define pISR_ZDMA0 （*（unsigned *）（_IRQ_BASEADDRESS+0x14c））//0x6c））

　　#define pISR_TICK （*（unsigned *）（_IRQ_BASEADDRESS+0x150））//0x70））

　　#define pISR_EINT4567 （*（unsigned *）（_IRQ_BASEADDRESS+0x154））//0x74））

　　#define pISR_EINT3 （*（unsigned *）（_IRQ_BASEADDRESS+0x158））//0x78））

　　#define pISR_EINT2 （*（unsigned *）（_IRQ_BASEADDRESS+0x15c））//0x7c））

　　#define pISR_EINT1 （*（unsigned *）（_IRQ_BASEADDRESS+0x160））//0x80））

　　#define pISR_EINT0 （*（unsigned *）（_IRQ_BASEADDRESS+0x164））//0x84））

　　例如，我們要使用到Exint4567中斷，定義好中斷處理程序Meint4567Isr（）后，僅需要一條語句：

　　pISR_EINT4567=（int）MEint4567Isr;

　　可以使中斷發(fā)生后正確跳轉到自己編寫的處理程序上。

　　2.3.3 初始化各種處理器模式

　　ARM7TDMI支持7種Operation Mode：User，FIQ，IRQ，Supervisor，Abort，System和Undefined。Bootloader需要依次切換到每種模式，初始化其程序狀態(tài)寄存器（SPSR）和堆棧指針（SP）。

　　2.3.4 復制RO和RW，清零ZI

　　一個ARM由RO，RW和ZI三個段組成，其中RO為代碼段，RW是已初始化的全局變量，ZI是未初始化的全局變量。編譯器使用下列符號來記錄各段的起始和結束地址：

　　|Image$$RO$$Base| ：RO段起始地址

　　|Image$$RO$$Limit| ：RO段結束地址加1

　　|Image$$RW$$Base| ：RW段起始地址

　　|Image$$RW$$Limit| ：ZI段結束地址加1

　　|Image$$ZI$$Base| ：ZI段起始地址

　　|Image$$ZI$$Limit| ：ZI段結束地址加1

　　我們的Bootloader的對應設置是：ro-base = 0xc000000, rw-base = 0xc5f0000。

　　2.3.5 C語言中的硬件初始化

　　繼續(xù)對硬件進行初始化，主要包括對以下設備的初始化：GPIO，Cache，Interrupt Controller，Watchdog Timer和UARTs。S3C44B0X處理器內置data/instruction合一的8KB Cache，且允許按地址范圍設置兩個Non-Cacheable區(qū)間。合理的配置是打開對RAM區(qū)間的Cache，關閉對其它地址區(qū)間的Cache。所有硬件初始化完畢之后，開中斷。

　　2.3.6 建立人機界面

　　引導過程的一步是在串行終端上建立人機界面，并等待用戶輸入命令。如果接收到用戶輸入，則顯示菜單模式或命令行模式的交互界面，等待用戶進一步的命令。

　　2.4加載uClinux內核

　　ARMSYS提供的Bootloader支持兩種uClinux啟動運行方式：直接從SDRAM中的內核映像中運行；從flash將壓縮格式的內核映像加載到SDRAM，再從SDRAM運行。前者需要利用Bootloader提供的對映像文件的工具；后者則需要利用Bootloader提供的flash燒錄工具進行燒錄，才可以加載運行。

　　自解壓類型的uClinux內核映像文件首先存放在Flash Memory中，由Bootloader加載到SDRAM中的0xc100000地址處，然后將控制權交給它。可執(zhí)行的uClinux Kernel將被解壓到終的執(zhí)行空間，然后開始運行。

　　2.5調用Kernel

　　采用C語句：（（void （*）（void））ram_addr）（）；

　　2.6工具

　　ARMSYS 的Bootloader在人機界面上提供了8個功能項目，其中包括支持從主機通過USB口文件到目標板的SDRAM和Nandflash上；用SDRAM中的數據燒寫Flash Memory。

　　3.uClinux2.4.24內核組成

　　◎arch：arch目錄下有多個子目錄，它的每一個子目錄都代表內核支持的一種CPU體系結構，每個子目錄中又進一步分解為boot、mm、 kernel等子目錄，分別包含與系統(tǒng)引導、內存管理、系統(tǒng)調用的進入和返回、終端處理以及其它內核中依賴于CPU和系統(tǒng)結構的底層代碼。與ARM處理器（不帶有MMU）相關的代碼放在目錄arch/armnommu下，與S3C44B0X相關的代碼則放在目錄arch/armnommu/match- S3C44B0X。

　　◎ include：include子目錄包括編譯所需要的大部分頭文件。與平臺無關的頭文件在include/linux子目錄下，與ARM處理器（不帶MMU）相關的頭文件在include/asm-armnommu子目錄下，與S3C44B0X相關的代碼在include/asm-armnommu/arch-S3C44B0X目錄下；

　　◎ init：這個目錄包含的初始化代碼（注意：不是系統(tǒng)的引導代碼），包含兩個文件main.c和Version.c，這是研究如何工作的一個非常好的起點。

　　◎ kernel：主要的代碼，此目錄下的文件實現了大多數linux系統(tǒng)的內核函數，其中重要的文件當屬sched.c；同樣，和體系結構相關的代碼在arch/*/kernel中；

　　◎ drivers： 放置系統(tǒng)所有的設備驅動程序；每種驅動程序又各占用一個子目錄：如，/block 下為塊設備驅動程序，比如ide（ide.c）。

　　◎ 其他：例如mm ，這個目錄包括所有獨立于處理器體系結構的內存管理代碼；lib放置的庫代碼；net，與網絡相關的代碼；ipc，這個目錄包含的進程間通訊的代碼；fs，所有的文件系統(tǒng)代碼和各種類型的文件操作代碼，它的每一個子目錄支持一個文件系統(tǒng)。

　　uClinux-dist-20040408發(fā)行包中的內核對S3C44B0X處理器的支持是不完整的，因此，我們不能夠希望在make config配置選項中選中44B0X目標板后，直接編譯它來得到一個很好地支持44B0X開發(fā)板的內核映像，我們必須為內核打上補丁。這樣就可以讓讓處理器更加完美，這樣就可以針對更多的客戶進行運用。