在嵌入式Linux系統中，這些工作由Bootloacler(引導加載程序)完成，它是在嵌入式系統CPU加電復位和進入操作系統之前運行的代碼，主要用于完成由硬件啟動到操作系統啟動的過渡，為操作系統提供基本的運行環境，如初始化CPU、堆棧、存儲器系統等，其數值必須要符合用戶的硬件配置，并且按特定順序寫入。嵌入式Linux系統的引導、配置甚至應用程序的運行都與Bootloader有關。

　　Bootloader源代碼與CPU的內核結構和嵌入式設備的板級配置有關，必須根據具體的系統設計要求進行移植。目前，開源社團已經發展了多種引導Linux內核的bootloader，比如PowerPC體系的U-Boot、miniBoot，ARM體系的blob，Intel x32體系的gurb、openBIOS等。

　　以MPC8265微處理器和嵌入式Linux為背景，針對性地提出U-Boot的移植方法并進行分析研究，此方法可廣泛用于基于MPC282xx系列處理器的嵌入式Linux系統應用開發中。

　　1 U-Boot引導加載程序

　　1．1 U-Boot簡介

　　U-Boot(Universal Boot Loader)是遵循GPL條款的開放源碼項目。它支持多種嵌入式處理器，如ARM、PowerPC、MIPS等，也支持Linux、VxWorks、QNX、RTEMS、ARTOS、LynxOS等多種嵌入式操作系統。這2個特點正是U-Boot項目的開發目標，即支持盡可能多的嵌入式處理器和嵌入式操作系統。

　　U-Boot支持的主要功能如下：1)系統引導：支持NFS掛載、從Flash中引導(壓縮或非壓縮)系統內核；RAMDISK(壓縮或非壓縮)形式的根文件系統；2)強大的操作系統接口功能，可靈活設置、傳遞多個關鍵參數給操作系統，適合系統在不同開發階段的調試要求與產品發布：3)支持目標板環境參數多種存儲方式(如Flash、NVRAM、EEPROM)；4)CRC32校驗，可校驗Flash中內核、RAMDISK鏡像文件是否完好；5)設備驅動：串口、SDRAM、Flash、以太網、LCD、NVRAM、EEP-ROM、鍵盤、USB、PCMCIA、PCI、RTC等驅動支持；6)上電自檢功能：SDRAM、Flash自動檢測，SDRAM故障檢測，CPU型號。

　　1．2 U-Boot主要目錄結構

　　U-Boot源代碼采用高度模塊化的編程方式，便于在不同的硬件平臺上移植。U-Boot源代碼包含多個目錄，其中與移植相關的主要有：1)board：目標板相關文件，存放U-Boot支持的所有目標板的子目錄。目標板上大部分資源的初始化代碼就在這個文件夾中，如SDRAM、Flash驅動；2)common：獨立于處理器體系結構的通用代碼，實現U-Boot各種公共命令的C文件；3)cpu：存放U-Boot支持的各類型CPU的相關文件，主要是初始化執行環境，比如mpc8260子目錄包含串口、網口、LCD驅動及中斷初始化等文件；4)drivers：通用設備的驅動程序，如CFI flash驅動；5)fs：U-Boot支持的文件系統，如ext2、cramfs、fat、fdos、jffs2和registeRFs等；6)net：與網絡功能有關的文件，如B00TP、TFTP、RARP和NFS相關代碼；7)include：存放頭文件。子目錄include／configs下與目標板相關的配置頭文件是移植過程中經常要修改的文件，可配置目標板的各項參數(如波特率、引導啟動參數等)。還有對各種硬件平臺支持的匯編文件、系統的配置文件和對文件系統支持的文件。U-Boot源代碼可以從DENX的網站(http：／／www．denx．de)下載，本文使用的版本是U-Boot-1．2．0。

　　2 U-Boot的運行流程

　　U-Boot的運行流程如圖1所示，目標板上電，啟動MPC8265存儲控制器CS0有效，選中Flash，CPU地址線上輸出硬件復位中斷向量對應的地址，此時執行第1條指令，對應＼cpu＼mpc8260＼start．S中的_start：開始執行。完成CPU本身基本的初始化后，初始化CPU內部寄存器，設置IMMR、ICTRL等。然后跳轉到＼cpu＼mpc8260＼cpu_init．c的函數cpu_init_f處，進行CPU的底層初始化，主要設置watchdog、SIUMCR寄存器、PIT、鎖相環、系統定時器、存儲控制器和CPM等。從start．S中跳轉到＼lib_ppe＼board．c的函數board_init_f處，實現目標板上的第1次初始化，完成SMC初始化和一些硬件測試，尤其是RAM初始化，并分配內存空間，保存板級信息，準備在RAM中重定向U-Boot代碼。完成后，跳轉到start．S中的函數relocate_code()處，重定向代碼，將U-Boot代碼搬至SDRAM工作，開始在RAM中運行。然后跳轉到board．c文件的函數board_init_r()處，執行板上的第2次初始化，主要完成一些數據結構、高端模塊及系統設備的相關初始化。最后，U-Boot執行board_init_r()中的函數main_loop()，根據用戶從控制臺的輸入，完成預先設定的工作。

　　3 U-Boot的移植

　　U-Boot在設計時已考慮到支持使用不同CPU處理器的開發板，根據具體板級硬件配置的設計要求，修改與其相關的源代碼，將U-Boot移植到新的開發板上。這里開發板TDS8265外圍接口主要有100 M網口、RS232串口和JTAG調試接口等。

　　3．1 修改U-Boot源代碼

　　為了簡化移植工作，可在U-Boot源碼中選擇一個與開發板接近的參考平臺，然后從移植U-Boot的要求和開發板能正常啟動的角度出發進行修改。

　　這里以在U-Boot／board目錄下為TDS8265開發板新建文件夾TDS8265為例進行說明。

　　1)修改頭文件TDS8265．h路徑是U-Boot／include／configs／TDS8265．h，是開發板的主要配置元件，配置CPU、系統時鐘、SDRAM、Flash以及其他開發板相關信息。設置CPU寄存器參數，需仔細對照處理器datasheet中各寄存器的定義、參考設置、目標板實際情況等做出選擇并測試。MPC82xx系列處理器較為關鍵的寄存器有SIUMCR、PS-DMR、SCCR、BRx、ORx等。設置CPU寄存器基地址IMMR時，注意與硬件配置相對應。如：

　　設置與Flash控制相關的寄存器BR0、OR0時，根據目標板所用Flash的數據手冊與BR0和OR0的相關位含義合理設置，這不僅關系到Flash能否正常工作，而且與串口調試直接相關。設置Flash、SDRAM，包括基址、大小、環境變量的偏移，內存刷新周期。設置環境變量，網絡接口，IP地址，MAC地址，用于網絡下載和啟動；設置Linux內核啟動參數init=／sbin／init。

　　2)編寫tds8265．c文件 路徑是U-Boot／board／tds8265／tds8265.c。tds8265．c是目標板的SDRAM的驅動程序，涉及I／0端口表、相關寄存器的設置及SDRAM上電初始化過程3個主要部分。任何一部分有問題，都會影響U-Boot、嵌入式操作系統甚至應用程序的運行，所以SDRAM的驅動不僅關系到U-Boot本身能否正常運行，而且還與后續部分相關。根據MPC8265處理器datasheet和開發板的硬件電路圖，配置8265的I／0端口表；設置寄存器PSDMR和BRl、0R1；向SDRAM中寫入8次以初始化SDRAM等。SDRAM的初始化是由／lib_ppc／board．c中的board_init_f()調用的，入口為tds8265．c的函數initdram。

　　3)修改config．mk文件 路徑是U-Boot／board／tds8265／config．mk。修改中，對該文件中的TEXT_BASE賦值應與TDS8265．h中對CF-G_FLASH_BASE的賦值保持一致。

　　4)編寫flash．c文件 路徑是U-Boot／board／tds8265／flash．c。flash．c是Flash的驅動程序，是U-Boot讀／寫、刪除Flash的源代碼文件，其中包括多個函數，以實現不同的操作。如：

　　編寫flash．c文件時需參考Flash的數據手冊，嚴格按照其中的說明實現Flash的各種操作。

　　5)創建U-boot．lds，U-boot．lds．debug，makefile文件 這些文件均在目錄U-Boot／board／tds8265之下。設置U-boot中各個目標文件的連接地址。

　　6)修改MAKEALL文件 路徑是U-Boot／MAKEALL。因為使用的是MPC8265，屬于82xx系列，所以在“LIST_82xx”下加入目標板名稱“TDS8265”。

　　7)修改Makefile文件 路徑是U-Boot／Makefile。在Makefile文件中增加TDS8265開發板的配置行，指定交叉編譯器的完整路徑名。

　　3．2 編譯U-Boot和移植鏡像文件

　　在源代碼修改完成后，即可進行編譯。編譯U-Boot需要在Linux主機上建立交叉編譯環境，本文使用Montavista公司的Montavista Linux Pro 4．0。在Linux主機上安裝Montavista交叉編譯工具后，設置環境變量，將Montavista工具鏈路徑導入到主機系統的環境變量中。如：#gedit．／．bash_profile，打開文件．bash_profile，增加PATH=$PATH：／opt／montavista／pro／devrocket／ppc／82xx／bin，然后刪除之前可能錯誤創建的所有目標文件，并針對目標板編譯。如下所示：

　　編譯完成后，得到3個文件：1)u-boot：ELF格式的文件，可被多數Debug程序識別；2)u-boot．bin：二進制bin文件，U-boot的二進制執行代碼，可通過JTAG接口下載到開發板；3)u-boot．srec: Motorola的S-Record格式文件，可通過BDM接口下載到開發板。

　　不同開發板對U-Boot鏡像文件在Flash中的存放地址要求不同，這是由處理器中斷復位向量決定的，與開發板硬件相關，源代碼中U-Boot起始地址必須與硬件復位向量相符合。

　　使用MPC82xx系列處理器的主板是由硬件配置字(HRCW)決定的，如RPXlite板的中斷復位向量設置為Ox00000100，因此U-B00t鏡像文件必須燒寫到Flash的起始位置。多數的PPC系列的處理器中斷復位向量是Ox00000100和Oxfff00100，即高位啟動和低位啟動的Bootloader所在位置。U-boot鏡像文件在Flash中的存放地址可通過設置U-Boot源碼的<目標板>．h頭文件中CFG_MONITOR_BASE以及board／<目標板>／confi-g．mk中的TEXT_BASE來與硬件配置相對應。

　　U-Boot鏡像文件在Flash中燒錄完成后，將目標板和主機的串口連接起來，目標板上電復位，即可在主機終端窗口看到串口回顯的開發板上U-Boot的啟動引導信息，如圖2所示。

　　在終端窗口中輸入help，可以列出U-Boot所有命令列表。然后測試網口和Flash讀寫，工作正常，則可以認為U-Boot移植工作基本完成，接下來可以添加一些其他功能，并進行Linux內核的引導和文件系統的移植。

　　4 結束語

　　Bootloader在嵌入式開發中是操作系統和硬件的樞紐。在U-Boot移植過程中，不僅要掌握U-Boot的結構和工作流程外還需要對硬件有一定了解。本文移植的U-Boot已穩定運行在開發板上，而且可以通過FIash和網絡加載Linux內核和NFS文件系統，為后續開發奠定了良好的基礎。對于不同的CPU和開發板，基本方法和步驟是相同的，本文的工作對于基于MPC82xx系列處理器的硬件平臺的U-Boot移植具有借鑒意義，并對嵌入式Linux系統的開發提供了有益的技術參考。?