Bootloader對(duì)于嵌入式設(shè)備來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，它涉及到許多硬件相關(guān)的知識(shí)。對(duì)于自制的嵌入式開(kāi)發(fā)板，它又是不可跳過(guò)的步驟，所以很多人對(duì)于它感到很頭痛。本文將以一款優(yōu)秀的Bootloader Blob為例，詳細(xì)講解它的運(yùn)行原理以及在S3C44B0通用處理器上的移植過(guò)程，為在嵌入式設(shè)備上的后續(xù)軟件開(kāi)發(fā)打下基礎(chǔ) 。

1 Blob簡(jiǎn)介

Blob是Boot Loader Object的縮寫(xiě)，是一款功能強(qiáng)大的Bootloader。它遵循GPL，源代碼完全開(kāi)放。Blob既可以用來(lái)簡(jiǎn)單的調(diào)試，也可以啟動(dòng)Linux kernel。Blob最初是Jan-Derk Bakker和Erik Mouw為一塊名為L(zhǎng)ART(Linux Advanced Radio Terminal)的板子寫(xiě)的，該板使用的處理器是StrongarmSA-1100。現(xiàn)在Blob已經(jīng)被移植到了很多CPU上，包括S3C44B0。

MBA44B0是一款基于S3C44B0的開(kāi)發(fā)板。本文將以運(yùn)行在MBA44B0開(kāi)發(fā)板上的Blob的源代碼為基礎(chǔ)，再針對(duì)自己的開(kāi)發(fā)板進(jìn)行Blob的移植。

開(kāi)發(fā)板的主要配置為：
◇三星arm7處理器S3C44B0；
◇2MB的Flash，地址范圍0x0000 0000~0x0020 0000；
◇8MB的SDRAM，地址范圍0x0c00 0000~0x0c80 0000；
◇1個(gè)串口，2個(gè)LED燈；
◇JTAG接口；
◇晶振為6MHz，系統(tǒng)主頻為60MHz。

2 Blob的運(yùn)行過(guò)程分析

圖1為Blob程序啟動(dòng)流程。

Blob編譯后的代碼定義最大為64KB，并且這64KB又分成兩個(gè)階段來(lái)執(zhí)行。第一階段的代碼在start.s中定義，大小為1KB，它包括從系統(tǒng)上電后在0x00000000地址開(kāi)始執(zhí)行的部分。這部分代碼運(yùn)行在Flash中，它包括對(duì)S3C44B0的一些寄存器的初始化和將Blob第二階段代碼從Flash拷貝到SDRAM中。除去第一階段的1KB代碼，剩下的部分都是第二階段的代碼。第二階段的起始文件為trampoline.s，被復(fù)制到SDRAM后，就從第一階段跳轉(zhuǎn)到這個(gè)文件開(kāi)始執(zhí)行剩余部分代碼。第二階段最大為63KB，單詞trampoline詞義為“蹦床”，所以在這個(gè)程序中進(jìn)行一些BSS段設(shè)置，堆棧的初始化等工作后，最后跳轉(zhuǎn)到main.c進(jìn)入C函數(shù)。

我們的移植主要需要對(duì)上述的幾個(gè)文件進(jìn)行修改。在進(jìn)行移植以前，首先需要對(duì)存儲(chǔ)器的地址空間分配了解清楚。關(guān)于存儲(chǔ)器空間的定義在/include/ blob arch/mba44b0.h中。

圖2為在Flash中的存儲(chǔ)器空間分布，圖3為啟動(dòng)后在SDRAM中的存儲(chǔ)器空間分布。

如圖2所示，2MB的Flash空間分別分配給了Blob、kernel、ramdisk。系統(tǒng)上電后，先執(zhí)行第一階段代碼，進(jìn)行相應(yīng)的初始化后，將Blob第二階段代碼復(fù)制到RAM地址blob_abs_ base，然后跳轉(zhuǎn)到第二階段開(kāi)始執(zhí)行。

在第二階段中，從匯編跳轉(zhuǎn)到C的Main()函數(shù)，繼續(xù)進(jìn)行如下工作：
◇外圍的硬件初始化(串口，USB等)；
◇從Flash中將kernel加載到SDRAM的kernel區(qū)域；
◇從Flash中的ramdisk加載到SDRAM的ramdisk區(qū)域；
◇根據(jù)用戶(hù)選擇，進(jìn)入命令行模式或啟動(dòng)kernel。

在我們使用的開(kāi)發(fā)板上，kernel選用uClinux。由于Flash的存儲(chǔ)空間有限，所以存放在Flash中的uClinux內(nèi)核是經(jīng)過(guò)壓縮的。Blob將壓縮的uClinux內(nèi)核加載到SDRAM地址0x0c300000。如果選擇啟動(dòng)uClinux，那么壓縮的uClinux內(nèi)核將自解壓.Text段到0x0c00800(見(jiàn)uClinux/arch/armnommu/Makefile)，然后再跳轉(zhuǎn)到該處，開(kāi)始運(yùn)行uClinux。具體的uClinux移植在此就不詳細(xì)討論了。

在SDRAM的存儲(chǔ)器空間分配圖中，可以看到有blob_base和blob_abs_base兩部分。blob_abs_base大家已經(jīng)知道了，是Blob將自身的第二階段代碼復(fù)制到SDRAM所在的區(qū)域，而blob_base則是從Blob進(jìn)行自升級(jí)或調(diào)試的區(qū)域。舉例說(shuō)明，假如Blob已經(jīng)能正常運(yùn)行了，但是對(duì)于Flash的擦寫(xiě)還不能支持得很好，就可以使用已經(jīng)運(yùn)行的Blob通過(guò)串口將新編譯好的Blob下載到SDRAM中該區(qū)域進(jìn)行運(yùn)行調(diào)試。調(diào)試通過(guò)后，可以通過(guò)Blob燒寫(xiě)進(jìn)Flash，覆蓋原來(lái)的Blob進(jìn)行升級(jí)。這樣就不必因?yàn)閷?duì)Blob做了一點(diǎn)小的改動(dòng)就重新燒寫(xiě)Flash，從而減少了燒寫(xiě)Flash的次數(shù)。

3 Blob的移植

對(duì)Blob的運(yùn)行有了一定了解后，就可以進(jìn)行Blob的具體移植了。首先要修改的是start.s文件，具體工作如下：

◆ 屏蔽掉看門(mén)狗WTCON；
◆ 配置寄存器SYSCFG暫時(shí)關(guān)閉緩存，等Blob運(yùn)行穩(wěn)定后再開(kāi)啟提高性能；
◆ 初始化I/O寄存器；
◆ 屏蔽中斷；
◆ 配置PLLCON寄存器，決定系統(tǒng)的主頻；
◆ 調(diào)用ledasm.s，在串口未初始化時(shí)led狀態(tài)對(duì)于程序是否正常運(yùn)行很重要；
◆ 調(diào)用memsetup-s3c44b0.s中的memsetup進(jìn)行初始化存儲(chǔ)器空間，初始化SDRAM刷新速率等；
◆ 將第二階段復(fù)制到SDRAM，并且跳轉(zhuǎn)到第二階段。

在ledasm.s中，提供了led的匯編的語(yǔ)言驅(qū)動(dòng)程序。在Blob還有個(gè)led.c文件，它和ledasm.s原理一樣，只不過(guò)是在C語(yǔ)言中調(diào)用的。修改led是為了方便初期階段的調(diào)試。在這里根據(jù)自己的開(kāi)發(fā)板進(jìn)行修改。

在memsetup-s3c44b0.s中，修改MEMORY_CONFIG中設(shè)置存儲(chǔ)器相關(guān)的配置，并設(shè)定SDRAM刷新速度，相關(guān)源碼如下所示：
MEMORY_CONFIG:
.long 0x11101002 /*進(jìn)行存儲(chǔ)器的配置，
SDRAM刷新速度配置等*/
… /*這里需要根據(jù)不同情況進(jìn)行修改*/
.long 0x20
.globl memsetup /*定義全局標(biāo)號(hào)，以便能被start.s調(diào)用*/
memsetup:
ldr r0, =MEMORY_CONFIG /*進(jìn)行配置*/
ldmia r0, {r1-r13}
ldr r0, =0x01c80000
stmia r0, {r1-r13}
mov pc, lr /*程序返回*/
Trampoline.s不需要進(jìn)行修改。

進(jìn)入Main()后，串口傳輸速度在結(jié)構(gòu)體blob_status中設(shè)定：
blob_status.downloadSpeed = baud_115200;
blob_status.terminalSpeed = baud_115200;
串口的初始化相關(guān)代碼定義在函數(shù)s3c44b0_serial_ init()中，該函數(shù)在serial-s3c44b0.c中。對(duì)于S3C44B0的串口，一般只需要初始化下面四個(gè)寄存器串口就可以正常工作。如果不能工作，可能是系統(tǒng)時(shí)鐘設(shè)置不同，只需要按照下列公式計(jì)算出divisor：
divisor=(int)(MCLK/(baud ×16))-1
替換下面的divisor即可。其中MCLK為系統(tǒng)主頻，baud為波特率。
/*serial-s3c44b0.c中s3c44b0_serial_init()函數(shù)初始化串口0部分*/
REG(UFCON0) = 0x0; /*關(guān)閉fifo*/
REG(ULCON0) = 0x03; /*設(shè)置數(shù)據(jù)位8，無(wú)奇偶校驗(yàn)，1位
停止位*/
REG(UCON0) = 0x05; /*脈沖中斷，中斷請(qǐng)求或查詢(xún)模式*/
REG(UBRDIV0) = divisor;/*設(shè)置波特率*/

至此，初級(jí)移植工作已經(jīng)完成，運(yùn)行./configure 杦ith-board=mba-44b0-with-linux-prefix=http://www.eda-china.com/path/to/linux-src進(jìn)行相關(guān)配置。在此還可以加一些開(kāi)關(guān)選項(xiàng)進(jìn)行配置，具體請(qǐng)參閱Blob自帶文檔。如果沒(méi)有錯(cuò)誤，就可以make進(jìn)行編譯了。如果編譯正確，可在blob/src/blob下得到bin格式的Blob，將其燒寫(xiě)到Flash即可運(yùn)行。關(guān)于Blob第一部分和第二部分的鏈接腳本，可以在start-ld-script和rest-ld-script.in中看到相關(guān)的鏈接地址，編譯器是根據(jù)這些地址鏈接程序的。在blob/src/blob/Makefile中可以看到，兩個(gè)階段分別以blob-start和blob-rest來(lái)編譯，最后通過(guò)dd命令將它們組成一個(gè)完整的Blob二進(jìn)制文件。

(1)命令行的修改
在筆者使用的Blob版本中，BackSpace不能起作用，這對(duì)于調(diào)試非常的不方便。查閱源碼，可以發(fā)現(xiàn)在src/blob/lib/command.c中，GetCommand函數(shù)中定義著人機(jī)交互部分。將else if(c ==’b’這一行修改為else if(c ==0x7f)，即可支持Backspace功能。

(2)Blob的運(yùn)行
如果在前面的工作中沒(méi)有什么問(wèn)題的話，將blob/src/blob/blob文件燒寫(xiě)進(jìn)Flash后，上電就可以從串口看到歡迎信息。加載linux內(nèi)核和文件系統(tǒng)的后，等待幾秒，如果沒(méi)有操作，將啟動(dòng)操作系統(tǒng)，否則出現(xiàn)提示符：
Blob>

表示進(jìn)入Blob。在該模式下提供了許多命令，可以方便地進(jìn)行硬件調(diào)試、系統(tǒng)升級(jí)和系統(tǒng)引導(dǎo)。
Blob常用的命令有：blob、boot、xdownload、flashreload、dump、reblob、status等。

不同的Flash操作有所不同。筆者發(fā)現(xiàn)通過(guò)Blob燒寫(xiě)Flash的軟件有些問(wèn)題，為了調(diào)試方便，決定編寫(xiě)自己的Flash驅(qū)動(dòng)程序。

(3)Flash驅(qū)動(dòng)程序的編寫(xiě)
Flash作為非易失性的存儲(chǔ)器，在開(kāi)發(fā)板上的作用是能保存數(shù)據(jù)且掉電不丟失。和EEPROM最大的不同在于，對(duì)Flash編程不需要對(duì)特定的引腳加高電壓，只是對(duì)特定地址寫(xiě)入一組特定的數(shù)據(jù)即可進(jìn)行編程，這樣就直接在開(kāi)發(fā)板上通過(guò)軟件進(jìn)行擦寫(xiě)，不必使用特定的編程器。但是它的缺點(diǎn)也是很明顯的：操作過(guò)于復(fù)雜，SST39VF160是SST公司的一款16M位的Flash，16位數(shù)據(jù)線寬度，共2MB容量，分為512個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)有4KB，或32個(gè)塊(block)，每個(gè)塊64KB。對(duì)Flash編程之前，必須對(duì)相應(yīng)的扇區(qū)、塊或者整個(gè)芯片進(jìn)行擦除后，才能進(jìn)行編程。

通過(guò)S3C44B0進(jìn)行Flash的燒寫(xiě)需要注意幾點(diǎn)：首先，S3C44B0外部地址總線是根據(jù)外部數(shù)據(jù)總線寬度連接的。例如，本開(kāi)發(fā)板外部數(shù)據(jù)總線為16位寬度，這樣S3C44B0的地址線A0就沒(méi)有接入外部地址總線，而是從A1接起。表1所列為不同的外部數(shù)據(jù)總線寬度下，處理器與外部存儲(chǔ)器的地址線接法。

對(duì)Flash編程需要對(duì)Flash寫(xiě)入一個(gè)特定的時(shí)序。如果S3C44B0尋址0x5555，由于外部總線錯(cuò)了一位，這樣在Flash看來(lái)發(fā)過(guò)來(lái)的地址信號(hào)是0xAAAA，也就不能正確地完成操作。注意到這一點(diǎn)，根據(jù)Blob自帶的Flash驅(qū)動(dòng)程序，就可以很方便地改寫(xiě)出適合自己Flash驅(qū)動(dòng)程序。

結(jié) 語(yǔ)

根據(jù)筆者經(jīng)驗(yàn)介紹了Blob在S3C44B0上的移植，目前它已經(jīng)能穩(wěn)定地運(yùn)行在開(kāi)發(fā)板上；并且可以進(jìn)行燒寫(xiě)Flash，查看內(nèi)存，引導(dǎo)uClinux等操作，為項(xiàng)目的后續(xù)開(kāi)發(fā)奠定了良好的基礎(chǔ)。