Bootloader

- Bootloader中文解释为：启动引导程序
1、Bootloader的种类归纳:
- 一些常用Bootloader做简单对比：
2、arm系统的启动流程
- 内核传参过程：
- 参数数据结构及存储结构如下：
- - 参数数据结构：
  - 参数存储结构：
3、u-boot的介绍
- 特点
- u-boot文件介绍：
4、u-boot的编译
5、u-boot的启动过程
- u-boot阶段入口代码位置为：
- boot为标准的两阶段启动bootloader
- - 第一阶段为汇编代码(2ndboot)，主要为初始化cpu硬件体系结构
  - 第二阶段为c程序代码(u-boot.bin)，主要提供多种复杂命令并引导操作系统

Bootloader中文解释为：启动引导程序

1、Bootloader的种类归纳:

分类标准	说明
针对不同 CPU架构	1、针对X86架构的有LILO、GRUB、ntldr等 2、针对ARM架构的有vivi、armboot等 3、针对PPC架构的有ppcboot等 4、可以支持多种架构的u-boot等
针对不同操作系统	1、专门用来启动Linux系统的vivi 2、专门用来启动WinCE系统的eboot 3、基于eCos系统的引导程序redboot 4、可以启动多种操作系统的u-boot等

一些常用Bootloader做简单对比：

Bootloader	Monitor	描述	X86	ARM
LILO	否	Linux磁盘引导程序	是	否
GRUB	否	GNU的LILO替代程序	是	否
ntldr	否	x86上引导windowsNT系列	是	否
armboot	是	专门为arm架构设计的boot	否	是
ppcboot	是	引导ppc架构操作系统	否	是
vivi	是	韩国Mizi公司针对三星ARM架构CPU设计引导程序	否	是
redboot	是	基于eCos的引导程序	是	是
u-boot	是	通用引导程序,支持多种CPU架构、多种操作系统	是	是

2、arm系统的启动流程

以s5p6818开发板为例

芯片选择启动iROM设备
iROM选择启动下一阶段引导程序所在设备(p95)
iROM启动UBOOT第一阶段BL1
UBOOT第一阶段启动UBOOT第二阶段BL2
UBOOT第二阶段启动内核

s5p6818支持多种启动方式，但常见的BL0一般都来至固化在片内的Internal ROM,以SD卡为例：

从上图可以看出，我们的user bootcode是从SD卡等外部设备上加载的，这样iROM就会先找到能够启动的外部设备 SD卡，并从核心板上的EMMC上搬运user bootcode，而搬运的这段代码就是我们常说的Bootloader。
ubootpak.bin主要就是一个包含了2ndboot和 uboot.bin的完整Bootloader。
嵌入式Bootloader的启动过程可以分为以下两种：单阶段(Single-Stage)、多阶段(Multi-Stage)
通常多阶段的Bootloader能够提供更复杂的功能，及更好的可读性和移植性。从外部存储设备上启动的 Bootloader大多是两阶段的启动过程，其功能如下：

阶段	功能特点
第一阶段	通常用汇编实现，完成一些依赖于CPU体系结构的初始化，并调用
第二阶段	代码第二阶段通常用C语言实现，完成体系结构之外的功能

以下是s5p6818启动流程：
和上图一样此图更详细

内核传参过程：

引导程序(Bootloader)将要传递给系统的信息给内核后就可以释放了，系统启动后就不需要Bootloader了。

传递给内核的参数由多个结构体组成
各结构体放在一段连续的内存空间，起始地址为0x4000_0100(uboot中bi_boot_params成员记录)
每一个结构体代表一条信息，并首尾相连
内核引导起来以后，将从指定内存按照同样的数据结构将数据取出

参数数据结构及存储结构如下：

参数数据结构：

struct tag {struct tag_header hdr;union {struct tag_core core;struct tag_mem32 mem;struct tag_videotext videotext;struct tag_ramdisk ramdisk;struct tag_initrd initrd;struct tag_serialnr serialnr;struct tag_revision revision;struct tag_videolfb videolfb;struct tag_cmdline cmdline;struct tag_acorn acorn;struct tag_memclk memclk;} u;
};
struct tag_header {u32 size;u32 tag;
};
struct tag_mem32 {u32 size;u32 start;/*physical start address*/
};

参数存储结构：

3、u-boot的介绍

u-boot最初是由PPCBoot发展而来的，
目前已成为Armboot和PPCboot的替代品

特点

主要支持操作系统：Linux、NetBSD、 VxWorks、QNX、RTEMS、ARTOS、LynxOS等
主要支持处理器架构：PowerPC、MIPS、x86、ARM、NIOS、XScale等

u-boot目前最新版本是:https://gitlab.denx.de/u-boot/u-boot
u-boot 是不能下载下来直接编译使用的，要经过厂家适配，或者你就是做这种工作的
我有一个关于u-boot移植的文档已经上传到csdn 需要的可以下载下来看一下。

u-boot文件介绍：

arch：体系结构相关，按架构进行分类，如当前架构arch\arm\cpu\slsiap，第一阶段启动代码start.S就在这里,官方源码会包含多种架构和cpu，我们裁剪掉了(整个uboot的C语言起始函数board_init_r也在arch\arm\lib\board.c中)
board：开发板相关，根据厂商进行分类，本平台裁剪成board\s5p6818\x6818，有的版本会包含初级初始化内容：lowlevel_init.S
common：各种命令的实现，通常一个命令就是一个C文件
include：各种头文件和开发板配置文件，如include\configs\x6818.h
api：用于演示测试用的代码，通常不参与工程编译
disk：硬盘接口程序，disk驱动分区处理代码，嵌入式不常用
doc：开发使用文档，主要介绍不同平台的配置编译方法
drivers：设备驱动，如:网卡、SD卡、USB等
examples：一些独立运行的实例，通常不参与工程编译
fs：所能支持的文件系统，如fat、ubifs等，用于访问带文件系统的存储设备
lib：用于存放库和其他主要支持文件程序，中断处理、启动相关等
net：独立于网卡驱动的网络协议，如于下载传输的TFTP协议，网络文件系统中的NFS协议等
post：上电自检程序，与旧的PPC相关，当前平台下未被编译到工程
prototype：参与6818开发的三星协作厂商的一些code在这里
scripts用于生成指定的config.mk配置文件，以及一些检查工具
tools：工具软件，如mkimage用于制作内核镜像，scripts用于生成指定的config.mk配置文件，mk6818用于生成6818专用uboot镜像，还有支持GDB的调试工具等

4、u-boot的编译

清除编译结果

make distclean

配置对应平台如X6818

make x6818_config

Makefile 会构建编译结构，如：架构、cpu、开发板、厂商、芯片、目录等，为下一步真正编译链接做准备。

编译

make

生成ubootpak.bin 在uboot根目录就可以食用了
使用方法开袋即食、蒸泡煮炸也可以：fastboot刷入，通过网络（TFTP+DHCP_Server/tftpd32.exe）也行等等

编译内核时需要一下操作：

编译完成uboot在tools下面会生成一个mkimage的工具，请将该工具拷贝到/bin目录下，这样才能使用编译Linux内核时可以生成uboot可以识别的内核镜像

5、u-boot的启动过程

u-boot阶段入口代码位置为：

arch/arm/cpu/slsiap/start.S
arch/arm/lib/board.c

boot为标准的两阶段启动bootloader

第一阶段为汇编代码(2ndboot)，主要为初始化cpu硬件体系结构

1、禁用看门狗、初始化系统时钟
2、设置异常向量表(用到中断的情况下设置)
3、动态内存控制器初始化配置
4、初始化调试指示灯(可选)
5、初始化UART，用于开发调试(可选)
6、从NAND、NOR或SD卡中复制代码到DRAM
7、跳转并进入Bootloader第二阶段

第二阶段为c程序代码(u-boot.bin)，主要提供多种复杂命令并引导操作系统

1、汇编阶段核心初始化
2、初始化GPIO
3、初始化MMC等存储设备
4、MMU初始化
5、各类通信设备相关驱动初始化
6、环境变量和参数的加载及初始化
7、倒计时监听串口(进入命令模式或启动内核)
8、启动内核(拷贝内核镜像并跳转到内核入口)

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