关于xloader和uboot的几个初级问题

本文探讨了XLoader在系统引导过程中的作用及其与U-Boot的关系。解释了为何需要XLoader而非直接使用U-Boot进行引导,详细分析了从XLoader到U-Boot的跳转机制。


http://blog.youkuaiyun.com/ffee/article/details/3051797



关于xloader和uboot的几个初级问题


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在看代码的过程中遇到的几个问题,发邮件问了xf,得到了满意的回答,对xf表示感谢。
这里将问题及答案记录下来,作为参考,蓝色的字体为xf给我的回答。

 一、为什么需要xloader,xloader所做的工作为什么不直接就让uboot做,而要单独的分出来呢?

我看了xloader的代码,非常短小,所做的工作也很简单, 我说说我对代码的理解,不知道正不正确:
在最初始的时候xloader首先对系统进行了初始化(sys_ init和ddr_init),然后就进入Xloader_ Entry函数,从预定的flash地址(UBOOT_ BASE_ADDRESS 0xF8010000)读取uboot image的header, 然后比较读取的header中的magic number与预定的magic number(IH_MAGIC 0x27051956)是否相同, 如果相同则说明在flash中存在uboot的image。 在确定了uboot的存在之后,根据uboot image header中指定的内存地址loadaddress以及数据大 小data_size将uboot载入内存, 然后在执行了Program_Interconnection_ Matrix之后, 就跳转到loadaddress开始执行uboot的代码。

如果xloader仅仅完成了上述的功能的话, 那为什么不能直接将xloader的功能就集成到uboot中呢

xloader主要功能是:初始化系统时钟;初始化外部内存,对我们当前项目就是DDR;引导UBOOT
xloader的运行环境为内部内存sram;这部分是在chip内部,材料比较贵,都是很小一部分空间,不能够运行大的程序。
chip总是留这样一部分sram运行bootrom代码和xloader代码,对这两部分代码的大小进行了限制。所以xloader都很小
功能简单,独立于uboot,uboot功能较多,相当于小系统,代码较大,只能在外部内存运行。
启动顺序:bootrom(内部ram)-》xloader(内部ram)-》uboot(外部ram)-》kernel(外部ram)


二、从xloader跳转到uboot之后程序是怎么走的?

注意到在xloader中有以下几句代码:
loadaddress = ntohl(hdr->ih_load);
data_size = ntohl(hdr->ih_size);
memcpy(loadaddress, (UBOOT_BASE_ADDRESS + 64), data_size);

由此可见,xloader将uboot image中的data_ size个字节拷贝到了loadaddress的内存区域内, 并且拷贝的字节区域相对于UBOOT_BASE_ ADDRESS(即uboot的烧写地址0xF8010000) 的偏移为64个字节。
分析程序可知,在UBOOT_BASE_ ADDRESS处是uboot image header,而image header结构的定义为
typedef struct image_header {
    uint32_t    ih_magic;
    uint32_t    ih_hcrc;
    uint32_t    ih_time;
    uint32_t    ih_size;
    ...
}  image_header_t;
也就是说, header偏移64个字节的地方正是header中的ih_ time, 也就是loadaddress内存区域开头处的内容为ih_ time。

这样的话,一旦在xloader执行了Jump_To_ UBoot(loadaddress)之后, 程序将跳转到loadaddress出执行, 而此时loadaddress处的内容却为ih_time, 到这个地方,程序是怎么执行了呢?

这部分没明白啥意思,xloader装载uboot后,直接跳转到uboot执行就ok了

...

第二个问题我明白你的意思了,
uint32_t不是32个字节啊,
uboot前边的header总共64个字节


哦,我明白了,它也真是,直接写sizeof(image_ head_t)不就行了吗,非得写64。 不过也是我自己粗心大意了。

三、说了一大堆, 其实我就是想在源代码级别上了解整个系统从一开始到linux内 核成功引导的全过程。

对于第三个问题,由于不是一句两句就能够说清楚的,所以准备过几天亲自去找xf问清楚,但是在这之前,我需要先尽量看代码。
<think>好的,我现在需要回答用户关于preloaderxloader问题。首先,我需要确认这两个术语通常出现在哪些上下文中。根据我的知识,preloaderxloader可能与嵌入式系统、操作系统启动过程或某些软件框架相关。用户可能是在开发嵌入式设备,或者在学习系统启动流程时遇到这些概念。 首先,preloader通常指的是系统启动过程中的一个阶段,负责初始化硬件并加载下一阶段的引导程序。例如,在ARM架构的设备中,preloader可能负责初始化内存控制器、时钟基本外设,为后续的引导程序(如U-Boot)做准备。而xloader可能是一个更通用的术语,或者特定于某个厂商或框架的引导加载程序。 接下来,我需要考虑用户可能的背景。如果用户是嵌入式开发者,他们可能需要了解这些组件在启动流程中的作用、如何配置或调试它们。如果是学生或新手,可能需要更基础的解释,包括它们的工作原理与其他组件的关系。 用户的问题没有具体说明上下文,因此我的回答需要涵盖不同可能的场景,并举例说明。例如,在Android设备中,preloader可能由芯片厂商提供,负责初始化硬件并加载Bootloader;而在Xilinx的FPGA开发中,xloader可能是指用于加载比特流的工具。 此外,我需要区分这两个术语的不同应用场景。preloader通常与硬件初始化相关,而xloader可能指特定厂商的加载程序或软件框架中的自定义加载器。需要确保回答准确,避免混淆。 还需要检查是否有常见的误解或常见问题。例如,用户可能混淆preloader与Bootloader的不同阶段,或者不清楚它们在启动流程中的具体职责。此时应明确各阶段的作用,并举例说明。 最后,确保回答结构清晰,分点解释每个术语的定义、作用、应用场景及示例,并提供相关问题供用户进一步参考。同时,使用简洁易懂的语言,避免过于技术化的术语,除非用户明确需要深入细节。</think>### 一、Preloader 与 Xloader 的定义与核心作用 #### **1. Preloader(预加载器)** - **定义**:Preloader 是系统启动流程中的**第一阶段引导程序**,负责初始化关键硬件并加载下一阶段的引导程序(如 Bootloader)。 - **核心职责**: - **硬件初始化**:配置内存控制器、时钟、GPIO、串口等基础外设。 - **加载下一阶段**:将 Bootloader(如 U-Boot、Fastboot)从存储介质(Flash、SD卡)加载到内存中。 - **安全验证**:在安全启动(Secure Boot)场景中验证 Bootloader 的签名。 - **典型场景**: - **ARM 架构**:在 ARM Cortex-A 系列芯片中,Preloader 通常由芯片厂商提供(如 Rockchip 的 RK3328、Qualcomm 的 Snapdragon)。 - **Android 设备**:Preloader 由厂商定制,负责初始化 DRAM 并加载 Bootloader。 - **FPGA/SoC**:在 Xilinx Zynq 或 Intel FPGA 中,Preloader 初始化 PS(Processing System)部分。 #### **2. Xloader** - **定义**:Xloader 是特定场景下的引导加载程序,通常与**厂商工具链**或**特定框架**相关。 - **常见场景**: - **Xilinx 工具链**:Xloader 是 Xilinx Vivado SDK 中的工具,用于将比特流(Bitstream)软件镜像加载到 FPGA 或 SoC。 - **嵌入式系统**:某些厂商可能将自定义的轻量级引导程序命名为 Xloader(如 TI 的 X-Loader)。 - **Web 开发框架**:在前端开发中,"Xloader" 可能指代资源加载库(如动态加载 JS/CSS)。 - **核心功能**: - **比特流加载**(Xilinx):将 FPGA 的 `.bit` 文件加载到 PL(Programmable Logic)部分。 - **软件镜像加载**:将裸机程序或操作系统镜像(如 Linux 内核)加载到内存。 - **调试支持**:通过 JTAG 或 UART 接口与开发工具通信。 --- ### 二、Preloader 与 Xloader 的对比 | **特性** | **Preloader** | **Xloader** | |------------------------|----------------------------------------|--------------------------------------| | **作用** | 硬件初始化,加载 Bootloader | 加载比特流或软件镜像(依赖场景) | | **运行环境** | 芯片上电后的第一阶段(SRAM 或 ROM) | 可能运行在 Bootloader 之后或独立运行 | | **依赖性** | 与芯片架构强相关(如 ARM、RISC-V) | 通常与厂商工具链绑定(如 Xilinx) | | **典型工具** | ARM Trusted Firmware、U-Boot SPL | Xilinx Xloader、TI X-Loader | | **调试方式** | 通过串口输出调试信息 | JTAG、UART 或以太网 | --- ### 三、Preloader 的典型流程(以 ARM 为例) #### **1. 启动流程概览** ``` 上电复位 → ROM Code(BL0) → Preloader(BL1/TPL) → Bootloader(BL2/U-Boot) → OS Kernel ``` #### **2. 阶段详解** - **ROM Code(BL0)**: - 芯片出厂时固化在 ROM 中的代码。 - 功能:验证 Preloader 签名(若启用安全启动),加载 Preloader 到 SRAM。 - **Preloader(BL1/TPL)**: - 初始化 DRAM 控制器、时钟、GPIO。 - 加载 Bootloader(如 U-Boot)到 DRAM。 - **Bootloader(BL2/U-Boot)**: - 提供命令行界面,加载操作系统镜像(如 Linux 内核)。 #### **3. 示例:Rockchip RK3328 的 Preloader** ```bash # Preloader 初始化流程 1. 设置 CPU 时钟频率(如 800MHz)。 2. 初始化 DDR2 控制器(配置内存时序参数)。 3. 从 SPI Flash 读取 U-Boot 镜像到 DDR。 4. 跳转到 U-Boot 入口地址执行。 ``` --- ### 四、Xloader 的典型应用(以 Xilinx 为例) #### **1. Xilinx Xloader 的功能** - **比特流加载**: - 将 `.bit` 文件加载到 FPGA 的 PL 部分。 - 支持多种配置模式(如 JTAG、Slave SPI、SD 卡)。 - **软件镜像加载**: - 将裸机程序或 Linux 内核加载到 PS 的 OCM(On-Chip Memory)或 DDR。 - **调试支持**: - 通过 XSCT(Xilinx Software Command-Line Tool)与硬件通信。 #### **2. Xloader 工作流程** ```bash 1. 初始化 PS 硬件(如时钟、GPIO)。 2. 从 SD 卡读取比特流文件(system.bit)。 3. 配置 PL 部分(通过 PCAP 或 PCIE 接口)。 4. 加载并运行裸机程序(如 hello_world.elf)。 ``` #### **3. 示例:使用 Xloader 加载 Linux 内核** ```bash # 在 Xilinx SDK 中配置 Xloader 1. 生成 BOOT.BIN(包含 First Stage Bootloader FSBL、比特流、U-Boot)。 2. Xloader 从 SD 卡读取 BOOT.BIN。 3. FSBL 初始化 PS,加载比特流到 PL。 4. U-Boot 启动 Linux 内核。 ``` --- ### 五、常见问题与解决方案 #### **1. Preloader 启动失败** - **原因**: - 硬件初始化错误(如内存时序配置错误)。 - Bootloader 镜像损坏或签名无效。 - **解决方案**: - 检查 Preloader 的 DRAM 配置(如通过串口输出调试信息)。 - 使用厂商工具重新烧录镜像(如 Rockchip 的 RKDevTool)。 #### **2. Xloader 无法加载比特流** - **原因**: - 比特流文件路径错误或格式不匹配。 - PL 配置接口(如 PCAP)未正确初始化。 - **解决方案**: - 使用 Vivado 验证比特流文件(`vivado -mode tcl`)。 - 检查 Xloader 的配置模式(如 JTAG vs. SD 卡)。 --- ### 六、实际开发建议 | **场景** | **建议** | |-------------------------|--------------------------------------------------------------------------| | **嵌入式系统开发** | 使用芯片厂商提供的 Preloader 模板,避免直接修改底层初始化代码。 | | **FPGA 开发** | 在 Xilinx SDK 中生成 BOOT.BIN,确保 FSBL、比特流 Bootloader 顺序正确。 | | **调试工具** | 结合串口调试(Preloader) JTAG(Xloader)定位启动问题。 | | **安全启动** | 启用 Preloader 的签名验证功能(如 ARM TrustZone)。 | --- ###
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