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(多图) 一种新的BootLoader启动引导方式研究

西安电子科技大学 李波?? 2008年08月08日 ?? 收藏0

  引言

  BootLoader通常称为“系统的引导加载程序”,是系统加电或复位后执行的第一段程序代码[1]。这段程序的主要任务是,实现硬件设备初始化并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或用户应用程序准备好正确的环境。通常,BootLoader包含两种不同的加载和启动引导方式,即启动加载方式和下载方式。

  ① 启动加载(boot loading)方式。这种引导方式也称为“自主(autonomous)引导方式”,也即BootLoader从目标机的某个固态存储设备上将操作系统加载到RAM中并引导运行,整个过程并没有用户的介入。这种引导方式是BootLoader的正常工作模式下普遍采用的一种引导方式。因此在嵌入式产品发布的时候,BootLoader一般以这种引导方式对内核代码进行启动引导。

  ② 下载(down loading)方式。在这种引导方式下目标机上的BootLoader将通过串口连接或网络连接等通信手段从主机下载文件,如下载应用程序、数据文件、内核映像等。从主机下载的文件通常首先被BootLoader保存到目标机的RAM中,然后再被BootLoader写到目标机上的固态存储设备中,其后完成内核的引导运行。BootLoader的这种引导方式通常在系统研发和更新时使用。

  在嵌入式系统研发阶段,现有的BootLoader下载引导方式又可根据加载途径的不同细分为以下几种:

  ① 通过Ethernet网口从宿主机下载内核到目标板,从而实现软件系统启动;

  ② 通过串口从宿主机下载内核到目标板从而实现软件系统启动;

  ③ 直接从Flash中提取已存储的内核,从而实现软件系统的启动。

  总结以上几种引导方式会发现,它们有些共同的弊端;在系统调试时需要进行宿主机与目标板间的硬件线路的实际连接,使用起来不够方便,且烧片的速度比较缓慢,调试的效率不高;硬件方面需要大容量的Flash的支持,增加了研发成本;进行内核更新时显得不够灵活。为此,采用可移动的存储介质对系统内核进行存储(如SD卡、CF卡等),从而实现对系统内核的灵活调试和引导。这种引导方式的好处是,在调试时无需把宿主机和目标板进行硬件连接,提高了调试的效率,使用起来更便捷、更灵活;进行内核更新时显得更为灵活,只需把更新内核转存到指定目录,此外它的实现也比较简单。进行这方面的改进时只需做以下工作:在硬件方面,增加针对特定移动存储介质的硬件电路,而在中大型系统中,有关移动存储介质的硬件电路(如SD卡、CF卡等相关的电路)是现成的,所以硬件部分也可忽略;在BootLoader程序内部,只需添加对移动存储介质(如CF卡、SD卡等)基于文件系统进行存储访问的指令。按此思路,在已有硬件平台的基础上针对移动设备SD卡对原有BootLoader进行了改进。下面介绍实现过程。

  1 硬件平台

  本次改进测试的硬件平台是由英蓓特公司开发的基于LPC2294 ARM控制器的LPC22EB06I实验平台。其上的主要功能模块有:

  ① 2 MB的Flash、1 MB的SRAM(可扩展到4 MB)、256B具有I2C接口的E2PROM等存储器;

  ② 2个RS232(其中一路可接Modem)、RS485、CAN等通信总线接口;

  ③ 2个调试接口:LPT和JTAG调试接口;

  ④ 支持CF卡、SD/MMC等移动存储介质;

  ⑤ 支持128×128真彩显示。

  图1是其硬件功能框图。

LPC22EB06I开发平台功能框图

图1 LPC22EB06I开发平台功能框图

  2 BootLoader的改进设计

  2.1 原有BootLoader功能

  原来的BootLoader具有如下功能:

  ① 串口下载功能,通过串口下载内核到指定RAM区;

  ② Flash烧写功能,从RAM区烧写数据到Flash中;

  ③ 数据区内块搬移功能;

  ④ 其他功能。其指令封装结构如下:

程序

  例如,Flash烧写命令封装如下:

程序

  其中,flash是其命令字;DoWriteToFlashBlocks为其处理方法的方法名;flash {loader/kernel/root}? {block1/.../block16}和flash [dest] [src]?[len]为其命令的使用格式(其中“{}”内为可选项,“[]”内为必选项)。?????

  2.2 BootLoader改进实验

  此次改进就是在原有BootLoader的基础上,增加对移动存储介质SD卡以FAT格式进行读取数据的指令来实现的。命令封装如下:

程序

  其功能是,在SD卡中把指定目录下的内核文件提取到SDRAM区域中,从而完成内核的加载。


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FAT文件系统? 启动引导? LPC2294?

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