Bootloader流程－Linux

最新推荐文章于 2025-04-26 21:59:19 发布
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分类专栏： 嵌入式linux 文章标签： 启动
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Linux启动时，Bootloader负责传递参数、复制内核至内存。它通常分为Stage1和Stage2，Stage1用汇编初始化硬件，准备RAM，Stage2用C语言执行更复杂任务，如内存映射、读取Kernel。Stage2通过Trampoline小程序跳入main()执行。

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Bootloader流程简介

（通用的linux内核，启动时需要很多参数 ，这些参数必须通过Bootloader传递。而且内核一半是压缩存放在外存上的，从外存到内存的复制也是由Bootloader完成。从Bootloader的第二个功能就知道，Bootloader时不能与内核放在一起的。由于Bootloader的实现依赖于CPU的体系结构，因此大多数的Bootloader都分为Stage1和Stage2l辆大部分）
依赖于CPU体系结构的代码，比如设备初始化代码等，通常都放在Stage1中，而且通常用汇编语言来实现，以达到短小精悍的目的。而Stage2则通常用C语言来实现，这样可以实现复杂的功能，并且代码会具有更好的可读性和可移植性。
（1）Bootloader的Stage1通常包括以下步骤。
1：硬件设备初始化
2：为加载Bootloader的Stage2准备RAM空间
3：将Bootoader的Stage2复制到RAM空间中
4：设置好堆栈
5：跳转到Stage2的C入口点
（2）Bootloader的Stage2通常包括以下步骤。
1：初始化本阶段要使用到的硬件设备
2：检测系统内存映射（Memory Map）
3：将Kernel映像和根文件系统映像从Flash上读到RAM空间中
4：为内核设置启动参数
5：调用内核。

Stage1:汇编阶段

1:基本硬件初始化
（1）屏蔽所有中断。
（2）设置CPU的速度和时钟频率。
（3）RAM初始化。包括正确地设置系统的内存控制器的功能寄存器以及各内存控制寄存器等。
（4）初始化LED。（或者初始化串口，用于表示当前状态）
（5）关闭CPU内部指令／数据Cache。
2:为加载Stage2准备RAM空间
**为了获得更快的执行速度，通常把Stage2加载到RAM空间中来执行**，因此必须为加载Bootloader的Stage2准备好一段可用的RAM空间范围。主要工作是对预备空间进行读写测试。
3:复制Stage2到RAM中
复制时注意
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2.1.1 Windows 操作系统.......................................................................................................8 2.1.2 Linux 操作系统 .......................................................................................................8 2.1.3 目标板最后运行的环境...............................................................................................9 2.2 Linux 下工作用户及环境....................................................................................................9 2.2.1 交叉工具的安装...........................................................................................................9 2.2.2 u­boot移植工作目录....................................................................................................9 2.2.3 内核及应用程序移植工作...........................................................................................9 2.3 配置系统服务.....................................................................................................................10 2.3.1 tftp 服务器的配置.......................................................................................................10 2.4 工具使用.............................................................................................................................12 2.4.1 minicom的使用..........................................................................................................12 3 作者介绍....................................................................................................................................13 3.1 策划, 组织, 指导, 发布者...................................................................................................13 3.2 ADS bootloader部分..........................................................................................................13 3.3 交叉工具部分.....................................................................................................................13 3.4 uboot 部分...........................................................................................................................13 3.5 内核部分.............................................................................................................................13 3.6 应用程序部分.....................................................................................................................13 3.7 网卡驱动部分.....................................................................................................................13 3.8 Nand Flash 驱动部分.........................................................................................................13 第二部分 系统启动bootloader 的编写(ADS).................................................................................14 1 工具介绍....................................................................................................................................14 1.1 ADS 命令行命令介绍........................................................................................................14 1.1.1 armasm........................................................................................................................14 1.1.2 armcc, armcpp.............................................................................................................14 1.1.3 armlink.........................................................................................................................14 2 基本原理....................................................................................................................................15 2.1 可执行文件组成及内存映射.............................................................................................15 2.1.1 可执行文件的组成.....................................................................................................15 2.1.2 装载过程.....................................................................................................................16 2.1.3 启动过程的汇编部分.................................................................................................17 2.1.4 启动过程的 C部分.....................................................................................................17 3 AXD的使用以及源代码说明...................................................................................................18 3.1 源代码说明.........................................................................................................................18 3.1.1 汇编源代码说明.........................................................................................................18 3.1.2 C语言源代码说明......................................................................................................23 3.1.3 源代码下载.................................................................................................................23 3.2 AXD的使用.......................................................................................................................23 3.2.1 配置仿真器.................................................................................................................23 3.2.2 启动 AXD 配置开发板...............................................................................................23 第三部分 GNU交叉工具链.............................................................................................................25 1  设置环境变量，准备源码及相关补丁...................................................................................25 1.1 设置环境变量.....................................................................................................................25 1. 2 准备源码包............................................................................................................................25 1.2.1 binuils..........................................................................................................................25 1.2.2 gcc...............................................................................................................................25 1.2.3 glibc.............................................................................................................................25 1.2.4 linux kernel..................................................................................................................26 1.3 准备补丁.............................................................................................................................26 1.3.1 ioperm.c.diff................................................................................................................26 1.3.2 flow.c.diff....................................................................................................................26 1.3.3 t­linux.diff....................................................................................................................26 1.4   编译 GNU binutils...........................................................................................................26 1.5 准备内核头文件.................................................................................................................26 1.5.1 使用当前平台的 gcc编译内核头文件......................................................................26 1.5.2 复制内核头文件.........................................................................................................27 1.6   译编glibc头文件.............................................................................................................27 1.7   编译gcc第一阶段............................................................................................................27 1.8   编译完整的glibc..............................................................................................................27 1.9  编译完整的gcc.................................................................................................................28 2 GNU 交叉工具链的下载...........................................................................................................28 2.1 ARM 官方网站...................................................................................................................28 2.2 本文档提供的下载.............................................................................................................28 3 GNU 交叉工具链的介绍与使用...............................................................................................29 3.1 常用工具介绍.....................................................................................................................29 3.2.1 arm­linux­gcc的使用.................................................................................................29 3.2.2 arm­linux­ar 和 arm­linux­ranlib 的使用..................................................................30 3.2.3 arm­linux­objdump 的使用.........................................................................................30 3.2.4 arm­linux­readelf 的使用............................................................................................31 3.2.6 arm­linux­copydump 的使用......................................................................................32 4 ARM GNU 常用汇编语言介绍.................................................................................................32 4.1 ARM GNU常用汇编伪指令介绍.....................................................................................32 4.2 ARM GNU专有符号.........................................................................................................33 4.3 操作码.................................................................................................................................33 5 可执行生成说明........................................................................................................................33 5.1 lds文件说明.......................................................................................................................33 5.1.1 主要符号说明.............................................................................................................33 5.1.2 段定义说明.................................................................................................................34 第四部分 u­boot 的移植...................................................................................................................35 1 u­boot的介绍及系统结构.........................................................................................................35 1.1 u­boot 介绍.........................................................................................................................35 1.2 获取u­boot.........................................................................................................................35 1.3 u­boot 体系结构.................................................................................................................35 1.3.1 u­boot目录结构..........................................................................................................35 2 uboot的启动过程及工作原理...................................................................................................36 2.1 启动模式介绍.....................................................................................................................36 2.2 阶段1 介绍.........................................................................................................................36 2.2.1 定义入口.....................................................................................................................36 2.2.2 设置异常向量.............................................................................................................37 2.2.3 设置 CPU的模式为SVC模式..................................................................................37 2.2.4 关闭看门狗.................................................................................................................37 2.2.5 禁掉所有中断.............................................................................................................37 2.2.6 设置以 CPU的频率....................................................................................................37 2.2.7 设置 CP15...................................................................................................................37 2.2.8 配置内存区控制寄存器.............................................................................................38 2.2.9 安装 U­BOOT 使的栈空间........................................................................................38 2.2.10 BSS 段清 0................................................................................................................38 2.2.11 搬移 Nand Flash 代码...............................................................................................39 2.2.12 进入 C代码部分.......................................................................................................39 2.3 阶段2 的C语言代码部分　.............................................................................................39 2.3.1 调用一系列的初始化函数.........................................................................................39 2.3.2 初始化网络设备.........................................................................................................41 2.3.3 进入主 UBOOT 命令行..............................................................................................41 2.4 代码搬运.............................................................................................................................41 3 uboot的移植过程.......................................................................................................................42 3.1 环境.....................................................................................................................................42 3.2 步骤.....................................................................................................................................42 3.2.1 修改 Makefile..............................................................................................................42 3.2.2 在 board 子目录中建立 crane2410.............................................................................42 3.2.3 在 include/configs/中建立配置头文件......................................................................42 3.2.4 指定交叉编译工具的路径.........................................................................................42 3.2.5 测试编译能否成功.....................................................................................................42 3.2.6 修改 lowlevel_init.S 文件...........................................................................................43 3.2.9 UBOOT 的 Nand Flash 移植......................................................................................45 3.2.8 重新编译u­boot..........................................................................................................45 3.2.9 把 u­boot烧入flash....................................................................................................45 4  U­BOOT 命令的使用................................................................................................................46 4.1 U­BOOT命令的介绍.........................................................................................................46 4.1.1 获得帮助信息.............................................................................................................46 4.2 常用命令使用说明.............................................................................................................47 4.2.1 askenv(F).....................................................................................................................47 4.2.2 autoscr.........................................................................................................................47 4.2.3 base   ...........................................................................................................................47 4.2.4 bdinfo...........................................................................................................................47 4.2.5 bootp............................................................................................................................47 4.2.8 tftp(tftpboot)................................................................................................................48 4.2.9 bootm...........................................................................................................................48 4.2.10 go...............................................................................................................................48 4.2.11 cmp   .........................................................................................................................48 4.2.12 coninfo  .....................................................................................................................48 4.2.13 cp...............................................................................................................................48 4.2.14 date............................................................................................................................49 4.2.15 erase(F)......................................................................................................................49 4.2.16 flinfo(F).....................................................................................................................49 4.2.17 iminfo........................................................................................................................49 4.2.18 loadb..........................................................................................................................49 4.2.19 md..............................................................................................................................49 4.2.20 mm ............................................................................................................................50 4.2.21 mtest   .......................................................................................................................50 4.2.22 mw.............................................................................................................................50 4.2.23 nm   ...........................................................................................................................50 4.2.24 printenv......................................................................................................................50 4.2.25 ping  ..........................................................................................................................51 4.2.26 reset...........................................................................................................................51 4.2.27 run   ...........................................................................................................................51 4.2.28 saveenv(F).................................................................................................................51 4.2.29 setenv.........................................................................................................................51 4.2.30 sleep...........................................................................................................................51 4.2.31 version.......................................................................................................................51 4.2.32 nand info....................................................................................................................51 4.2.33 nand device ........................................................................................................51 4.2.34 nand bad....................................................................................................................51 4.2.35 nand read...................................................................................................................52 4.2.36 nand erease................................................................................................................52 4.2.37 nand write..................................................................................................................52 4.3 命令简写说明.....................................................................................................................52 4.4 把文件写入NandFlash.......................................................................................................53 4.5 下载提供.............................................................................................................................53 5 参考资料....................................................................................................................................53 第五部分 linux 2.6 内核的移植.......................................................................................................53 1 内核移植过程............................................................................................................................53 1.1 下载linux 内核...................................................................................................................53 1.2 修改Makefile.....................................................................................................................53 1.3 设置flash 分区...................................................................................................................54 1.3.1 指明分区信息.............................................................................................................54 1.3.2 指定启动时初始化.....................................................................................................56 1.3.3 禁止 Flash ECC校验 ................................................................................................56 1.4 配置内核.............................................................................................................................56 1.4.1 支持启动时挂载 devfs................................................................................................56 1.4.2 配置内核产生.config 文件.........................................................................................57 1.4.3 编译内核.....................................................................................................................58 1.4.4 下载 zImage到开发板................................................................................................58 2 创建 uImage................................................................................................................................61 2.1 相关技术背景介绍.............................................................................................................61 2.2 在内核中创建uImage 的方法...........................................................................................61 2.2.1 获取 mkimage工具.....................................................................................................61 2.2.2 修改内核的 Makefile文件.........................................................................................61 3 追加实验记录.............................................................................................................................62 3.1 移植 linux­2.6.15.7..............................................................................................................62 3.2 移植 linux­2.6.16.21............................................................................................................62 3.3 移植linux­2.6.17................................................................................................................62 4 参考资料....................................................................................................................................62 第六部分 应用程序的移植..............................................................................................................63 1 构造目标板的根目录及文件系统.............................................................................................63 1.1 建立一个目标板的空根目录.............................................................................................63 1.2 在 my_rootfs 中建立Linux 目录树...................................................................................63 1.3 创建linuxrc文件................................................................................................................63 2 移植 Busybox.............................................................................................................................64 2.1 下载busybox......................................................................................................................64 2.3 编译并安装Busybox..........................................................................................................65 3 移植 TinyLogin...........................................................................................................................66 3.1 下载.....................................................................................................................................66 3.2 修改tinyLogin 的 Makefile................................................................................................66 3.3 编译并安装.........................................................................................................................66 4 相关配置文件的创建................................................................................................................66 4.1 创建帐号及密码文件.........................................................................................................66 4.2 创建profile文件................................................................................................................67 4.4 创建fstab 文件...................................................................................................................67 4.5 创建inetd.conf 配置文件...................................................................................................67 5 移植 inetd....................................................................................................................................67 5.1 inetd 的选择及获取............................................................................................................67 5.1.1 获取 inetd....................................................................................................................67 5.2 编译inetd............................................................................................................................67 5.2.1 修改 configure文件....................................................................................................67 5.2.2 编译 ...........................................................................................................................68 5.3 配置inetd............................................................................................................................68 5.3.1 拷贝 inetd 到根文件系统的usr/sbin 目录中.............................................................68 6 移植 thttpd Web 服务器.............................................................................................................69 6.1 下载.....................................................................................................................................69 6.2 编译thttpd...........................................................................................................................69 6.3 配置.....................................................................................................................................69 6.3.1 拷贝 thttpd 二进制可执行文件到根文件系统/usr/sbin/目录中...............................69 6.3.2 修改 thttpd 配置文件..................................................................................................69 6.3.3 转移到根文件系统目录，创建相应的文件.............................................................69 7 建立根目录文件系统包............................................................................................................70 7.1 建立CRAMFS 包...............................................................................................................70 7.1.1 下载 cramfs 工具........................................................................................................70 7.1.2 制作 cramfs 包............................................................................................................70 7.1.3 写 cramfs 包到Nand Flash.........................................................................................70 8 参考资料....................................................................................................................................70 第七部分 Nand flash 驱动的编写与移植........................................................................................71 1 Nand flash 工作原理..................................................................................................................71 1.1 Nand flash 芯片工作原理..................................................................................................71 1.1.1 芯片内部存储布局及存储操作特点.........................................................................71 1.1.2 重要芯片引脚功能.....................................................................................................71 1.1.3 寻址方式.....................................................................................................................71 1.1.4 Nand flash 主要内设命令详细介绍...........................................................................72 1.2 Nand Flash 控制器工作原理.............................................................................................72 1.2.1 Nand Flash 控制器特性..............................................................................................72 1.2.2 Nand Flash 控制器工作原理......................................................................................72 1.3 Nand flash 控制器中特殊功能寄存器详细介绍 ............................................................72 1.4 Nand Flash 控制器中的硬件ECC介绍............................................................................73 1.4.1 ECC产生方法............................................................................................................73 1.4.2 ECC生成器工作过程................................................................................................74 1.4.3 ECC的运用................................................................................................................74 2 在 ADS下flash 烧写程序.........................................................................................................74 2.1 ADS 下 flash 烧写程序原理及结构...................................................................................74 2.2 第三层实现说明.................................................................................................................74 2.1.1 特殊功能寄存器定义.................................................................................................74 2.1.2 操作的函数实现.........................................................................................................74 2.3 第二层实现说明.................................................................................................................75 2.3.1 Nand Flash 初始化......................................................................................................75 2.3.3 获取 Nand flash ID......................................................................................................75 2.3.4 Nand flash 写入...........................................................................................................76 2.3.5 Nand flash 读取...........................................................................................................77 2.3.6 Nand flash 标记坏块...................................................................................................78 2.3.7 Nand Flash 检查坏块..................................................................................................79 2.3.8 擦除指定块中数据.....................................................................................................79 2.4  第一层的实现....................................................................................................................80 3 在 U­BOOT 对Nand Flash 的支持............................................................................................82 3.1 U­BOOT对从 Nand Flash 启动的支持.............................................................................82 3.1.1 从 Nand Flash 启动U­BOOT 的基本原理................................................................82 3.1.2 支持 Nand Flash 启动代码说明.................................................................................82 3.2 U­BOOT对 Nand Flash 命令的支持.................................................................................84 3.2.1 主要数据结构介绍.....................................................................................................84 3.2.2 支持的命令函数说明.................................................................................................85 4 在 Linux 对Nand Flash 的支持.................................................................................................87 4.1 Linux 下Nand Flash 调用关系..........................................................................................87 4.1.1 Nand Flash 设备添加时数据结构包含关系..............................................................87 4.1.2 Nand Flash 设备注册时数据结构包含关系..............................................................87 4.2 Linux 下Nand Flash 驱动主要数据结构说明..................................................................88 4.2.1 s3c2410 专有数据结构...............................................................................................88 4.2.2 Linux 通用数据结构说明..........................................................................................89 4.3.1 注册 driver_register....................................................................................................94 4.3.2 探测设备 probe...........................................................................................................94 4.3.3 初始化 Nand Flash 控制器.........................................................................................94 4.3.4 移除设备.....................................................................................................................94 4.3.5 Nand Flash 芯片初始化..............................................................................................94 4.3.6  读 Nand  Flash............................................................................................................95 4.3.7  写 Nand Flash.............................................................................................................95 第八部分 Cs8900a网卡驱动的编写与移植...................................................................................95 1 Cs8900a工作原理......................................................................................................................95 2 在 ADS下cs8900a的实现........................................................................................................95 2.1 在 cs8900a下实现的ping 工具.........................................................................................95 3 在 u­boot下cs8900a的支持......................................................................................................96 3.1 u­boot 下cs8900a的驱动介绍...........................................................................................96 3.2 u­boot 下cs8900a的移植说明...........................................................................................96 4 在 linux 下cs8900a驱动的编写与移植....................................................................................96 4.1 Linux 下cs8900a的驱动说明............................................................................................96 4.2 Linux 下 cs8900a的移植说明...........................................................................................96 4.2.1 为 cs8900a建立编译菜单..........................................................................................96 4.2.2 修改 S3C2410相关信息............................................................................................97 序 该文档的目的是总结我们在工作中的一些经验，并把它们分享给喜欢 ARM 和 Linux 的朋友, 如有错误 之处,请大家多多指点. 同样, 我们也希望更多人能把自己的工作经验和体会加入该文档,让大家共同进步. 该文档是一份交流性文档, 只供个人学习与交流,不允许公司和企业用于商业行为
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Preface    之前也发表过关于《Bootloader启动过程分析》的文章,但是内容表达得比较抽象，大多是文字叙述，所以这里从系统和代码的角度来深入分析bootloader的启动过程。    工具：Source Insight    目标：U-Boot-1.1.6    仅留此分析过程，日后再作补充（纯手打也不容易啊，嘿嘿）。   U-Boot工程结构    学习一个软件，...
开机启动过程（自己程序的开机启动）
weixin_30828379的博客
07-07 101
1.bios启动读取MBR内的内容（bootloarder） 2.bootloarder(主要负责操作系统内核的格式和bios不相匹配问题)linux发行版一般使用grub 3.bootloarder负责引导linux的内核，但内核不能识别硬盘，所以需要加载硬盘驱动（在/lib/modules），但/目录需要加载到硬盘上才能加载硬盘驱动，（解决办法在内存中加载/boot/initrd文件构建虚...
从启动程序（BootLoader）跳转到指定地址时（APP）出现问题的解决方法
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06-02 2万+
采用stm32F103VET6   512K Flash 64SRAM1.跳转程序（BootLoader）jump2app=(iapfun)*(vu32*)(appxaddr+4); //用户代码区第二个字为程序开始地址(复位地址) MSR_MSP(*(vu32*)appxaddr); //初始化APP堆栈指针(用户代码区的第一个字用于存放栈顶地址)jump2app(); ...
BootLoader这个玩意
叫好与叫座虽然不是对立面，但想在同一个作品中达到双重效果很难。
10-26 5289
有了前面的概念和源码描述，这里进行最后的总结。1）初始化看门狗。2）初始化时钟。3）初始化串口。4）设置CPU模式的栈指针，进入SVC模式。5）初始化RAM。6）初始化MMC控制器，并将内核映像从MMC设备中读到0x48000000处的RAM地址中。7）清除BSS段。8）做好调用内核前的准备工作。9）跳转到RAM中的内核的第一条指令，引导过程完成。（SVC和SYS的区别知道吗？我们在UBoot的内容学习过）
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