《Bootloader 启动流程和概念介绍》

Bootloader 启动流程和概念介绍
1．概念
简单地说，Bootloader 就是在操作系统内核运行之前运行的一段程序，它类似于 PC机中的 BIOS 程序。通过这段程序，可以完成硬件设备的初始化，并建立内存空间的映射图的功能，从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态，为最终调用系统内核做好准备。通常，Bootloader 是严重地依赖于硬件实现的，特别是在嵌入式中。因此，在嵌入式世界里建立一个通用的 Bootloader 几乎是不可能的。但还是有一些通用的概念来指导用户特定的Bootloader 设计与实现。

（1）Bootloader 所支持的CPU和嵌入式开发板
每种不同的 CPU体系结构都有不同的Bootloader。有些 Bootloader 也支持多种体系结构的CPU，如后面要介绍的U-Boot就同时支持 ARM体系结构和 MIPS体系结构。除了依赖于CPU的体系结构外，Bootloader 实际上也依赖于具体的嵌入式板级设备的配置。
（2）Bootloader 的安装媒介
系统加电或复位后，所有的CPU通常都从某个由 CPU制造商预先安排的地址上取指令。而基于CPU构建的嵌入式系统通常都有某种类型的固态存储设备（比如 ROM、EEPROM或FLASH 等）被映射到这个预先安排的地址上。因此在系统加电后， CPU将首先执行 Bootloader
程序。
（3）Bootloader 的启动过程分为单阶段和多阶段两种。通常多阶段的 Bootloader 能提供更为复杂的功能，以及更好的可移植性。
（4）Bootloader 的操作模式。大多数Bootloader 都包含两种不同的操作模式： “启动加载”模
式和“下载”模式，这种区别仅对于开发人员才有意义。
启动加载模式：这种模式也称为“自主”模式。也就是 Bootloader 从目标机上的某个固态存储设备上将操作系统加载到 RAM 中运行，整个过程并没有用户的介入。这种模式是嵌入式产品发布时的通用模式。
下载模式：在这种模式下，目标机上的 Bootloader 将通过串口连接或网络连接等通信手段从主机（Host）下载文件，比如：下载内核映像和根文件系统映像等。从主机下载的文件通常首先被 Bootloader 保存到目标机的 RAM 中，然后再被 Bootloader 写到目标机上的FLASH 类固态存储设备中。Bootloader 的这种模系统是在更新时使用。工作于这种模式下的Bootloader 通常都会向它的终端用户提供一个简单的命令行接口。
（5）Bootloader 与主机之间进行文件传输所用的通信设备及协议，最常见的情况就是，目标机上的 Bootloader 通过串口与主机之间进行文件传输，传输协议通常是 xmodem/ ymodem/zmodem协议中的一种。但是，串口传输的速度是有限的，因此通过以太网连接并借助TFTP协议来下载文件是个更好的选择。
2．Bootloader 启动流程
Bootloader 的启动流程一般分为两个阶段：stage1和 stage2，下面分别对这两个阶段进行讲解：
（1）Bootloader 的stage1
在stage1中Bootloader 主要完成以下工作。基本的硬件初始化，包括屏蔽所有的中断、设置 CPU的速度和时钟频率、RAM初始
化、初始化LED、关闭CPU内部指令和数据 cache灯。
为加载stage2准备RAM空间，通常为了获得更快的执行速度，通常把 stage2加载到RAM空间中来执行，因此必须为加载Bootloader的stage2准备好一段可用的RAM空间范围。
拷贝stage2到RAM中，在这里要确定两点：①stage2的可执行映像在固态存储设备的存放起始地址和终止地址；②RAM空间的起始地址。
设置堆栈指针sp，这是为执行stage2的 C语言代码做好准备。
（2）Bootloader 的stage2
----在stage2中Bootloader 主要完成以下工作。用汇编语言跳转到main入口函数由于stage2的代码通常用C语言来实现，目的是实现更复杂的功能和取得更好的代码可读性和可移植性。但是与普通C语言应用程序不同的是，在编译和链接 Bootloader 这样的程序时，不能使用glibc库中的任何支持函数。
---- 初始化本阶段要使用到的硬件设备，包括初始化串口、初始化计时器等。在初始化这些设备之前、可以输出一些打印信息。
-----检测系统的内存映射，所谓内存映射就是指在整个 4GB 物理地址空间中有指出哪些地址范围被分配用来寻址系统的RAM单元。
-----加载内核映像和根文件系统映像，这里包括规划内存占用的布局和从 Flash上拷贝数据。
------设置内核的启动参数。

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