Bootloader代码是器件复位后进入操作系统前执行的一段代码,通过该代码初始化处理器各寄存器和片上外设,建立存储器映射图以及初始化堆栈,从而为操作系统提供基本的运行环境。由于Bootloader与CPU和开发板配置有关,不可能有通用的Bootloader,因此需要根据具体情况进行移植。嵌入式系统U-boot是当前流行、功能强大的Bootloader。U-Boot用于多种嵌入式CPU的Bootloader程序,U-Boot支持ARM、PowerPC等多种架构的处理器,也支持Linux、NetBSD和Vx―Works等操作系统。这里采用U―Boot的版本为U-boot-1.1.6。
2 U-Boot目录结构
U-Boot目录结构如下:board是一些与现有开发板有关的文件,比如makefile和u-boot.1ds等都与具体开发板的硬件和地址分配有关;common是与体系结构无关的文件,可实现各种命令的C文件;cpu是CPU相关文件,其子目录都是以U-boot支持的CPU命名,比如子目录arm920t,mips,s3e44bO和nios等,每个特定的子目录都包括cpu.c,interrupt.C和start.s;doc是说明文档;drivers是通用设备驱动程序,比如:各种网卡、支持CFI的Flash和USB总线等;fs是支持文件系统的文件,U―Boot可支持cramfs,fat,fdos,jffs2等文件;net是与网络有关的代码,比如:BOOTP协议、TFTP协议和NFS文件系统的实现;lib_arm是与ARM体系结构相关的代码;tools是创建S-Record的格式文件和U-Boot images的工具。
3 U―Boot启动过程
U-Boot的启动主要分为stagel和stage2两个阶段Ⅲ。stagel采用汇编语言编写,通常与CPU的体系结构有关,如设备初始化代码等,该阶段可在start.s中实现。U―Boot中stagel阶段的启动过程如图l所示。
stage2采用C语言程序,用于加载操作系统内核,该阶段由board.c中的start_armboot()函数实现。stage2阶段一般包括:初始化Flash;检测系统内存映射:初始化相关网络设备:初始化RTL8019AS网络器件;进入命令循环,接收用户从串口接收命令,然后进行相应的处理。
图2给出U―Boot的stagel和stage2在Flash和SDRAM中的分配。图2a中,U-Boot的可执行映像放在Ox00000000~Ox000 20000区域,参数和环境变量配置在Ox0002000~0x00030000区域,0x00030000一Ox00200000区域用于存放操作系统和应用程序文件,由于不涉及操作系统的移植,所以操作系统文件的配置不做详细描述。图2b中,0x0C700000是U-Boot将自身的stage2的代码复制到SDRAM的起始地址。这个地址在board/up44b0/congif.mk文件中定义:TEXT_BASE=0x0C70 0000。0xC780000~oxc800000区域用于U―Boot的升级,升级调试步骤:首先启动基于F1ash的U-Boot,按任意键进入script模式,运行fftp命令(tffp C780000 u-bootbin),把新编译的U-Boot.bin加载至以0xC780000为首地址的空间。假设需要加载的新文件长度为104 704(0x19900)字节,则需要拷贝的长度为0x19900/4+2=0x6642。采用erase命令擦除Flash中U-Boot的存放区域erase OxO 0x1FFFF。最后采用cp命令,把SDRAM中的新U-Boot写入Flash:cp Ox000 0xc780000 0x6642。
4 U-Boot移植
嵌入式系统的Bootloader与硬件系统密切相关,目标系统的主要配置如下:①CPU配置为ARM S3C44BOX;②存储器配置为2 MB NOR Flash AM29LVl60B和8 MB SDRAMHY57V641620,前者的地址范围为0x00000000~0x00200000,后者的地址范围为0x0c000000~OxOe800000;③网卡器件为RTL8019,其基地址为0xoa000600;④晶体振荡器为6 MHz;⑤CPU主频为60 MHz。
为了缩短移植周期,可在U―Boot所支持的开发板中选择一种和目标板接近的开发板,并在其基础上修改。这里选择Board目录下Dave/B2。
4.1 Board目录下文件修改
在Board目录下创建up44b0及目录,将Dave目录下的文件复制到UP目录下,并将b2.e改名为up44b0.e,而其他文件名不变。修改up44b0.e文件中的板级初始化函数,将其中关于LAN91C96网卡复位的代码改为RTL8019AS网卡复位的代码,根据板上具体资源信息修改CPU端口的初始化值。修改lowlevel_init.s文件中BWSCON寄存器的配置值和SDRAM的刷新频率。修改makeifle文件,将其中的B2.O改为up44b0.O。
4.2 CPU目录下文件修改
由于CPU目录下已存在s3c44b0目录,所以不用再创建。直接修改其目录下的文件,即修改start.s文件中PLLCON寄存器的值,以确定CPU主频。根据$3C4480提供的式(1)和式(2)计算倍频系数M、P、S和PLLCON的值。
式中:Fpllo为CPU主频,Fpllo=6O MHz;Fin为晶振频率,Fin=MHz。
根据CPU主频修改serial.C文件中UART波特率除数寄存器(UBRDIVn)的值。
4.3 Include目录下文件的修改
在include/configs目录下添加up44b0.h,并将B2.h的内容复制到up44b0.h中。修改up44b0.h文件内容,其中主要修改CPU的工作频率;定义RTL8019网卡代替LAN91C96,定义RTL8019网卡的基地址;修改Flash和SDRAM的起始地址及大小;将内核参数的存放设备改为NOR Flash。
为了提高下载速度,利用U-Boot提供的功能驱动网卡RTL8019AS。RTL80C19AS映射在BANK 5,BANK 5起始地址为OxOa000000。RTL8019AS位宽的选择:RTL8019AS可工作在8位或16位模式,由IOCSl6B引脚和DCR寄存器的第0位确定,拉高开发板上IOCSl6B引脚,且DCRDCR寄存器的第0位为1,所以RTL8019AS工作在16位模式下。RTL8019AS的基地址:RTL8019AS基地址由配置寄存器1中的前4位IS03~IS00决定,这里IS03~IS00的值为0000,基地址为300 H,但基地址300 H是针对器件内部而言的,CPU的A1接到网卡器件的A0,所以从CPU看来网卡的地址左移一位成600 H,再加上Bank地址就是OxOa000600,这点与器件16位宽度有关。RTL8019AS寄存器寻址:寄存器寻址方式在drivergrtl8019.h文件中定义,由于RTL8019AS丁作在16位模式,寄存器的地址都需左移一位。
4.4 U-Boot根目录下的修改
5 U-Boot的编译与运行
系统配置完毕进入U―Boot主目录,重新编译U-Boot代码,运行命令:#make up44b0_config;#make。编译成功,生成所需的U-Boot.bin二进制文件。利用Flash烧写工具通过JTAG接13将生成的U.Boot.bin文件烧写到F1ash中,开发板复位,打开超级终端,如果能看到正确的启动信息,表明移植成功。按下任意键,进人U―Boot命令行调试。
6 结语
为了充分利用U-Boot的强大功能,易于下载和更新程序,采用网卡器件RTL8019AS,详细给出了RTL8019AS位宽的选择、基地址的确定以及寄存器寻址方式的修改。利用U-Boot操作Flash的能力。先将新的U-Boot文件通过tftp命令下载到升级区,调试成功后再通过erase和cp命令将新文件拷贝到Flash中,从而简化了U-Boot的升级更新过程。通过分析U-Boot的运行机理,研究了U-Boot在基于S3C4480开发板上的移植方法.成功地将U-Boot移植到开发板上。Bootloader是嵌入式开发的重要环节,可在此基础上进行更深入的移植开发。
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