嵌入式系统的原理及应用.ppt
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VIVI 第2阶段介绍
第5步：mtd_dev_init()
mtd_dev_init()用来扫描所使用的NAND Flash的型号，构造 MTD设备，即构造一个mtd_info的数据结构。对于本开发板，它 直接调用mtd_init()，mtd_init又调用smc_init()，此函数在 drivers/mtd/maps/s3c2410_flash.c中。
嵌入式系统的原理及应用
3.3 嵌入式Linux系统的开发
编写BootLoader； 裁减嵌入式Linux内核； 裁减嵌入式Linux文件系统； 烧写BootLoader到目标板； 烧写嵌入式Linux内核和文件系统到目标板。
2
3.3.1 编写BootLoader
一个嵌入式Linux系统从软件角度看可以分为四个层次：
怎样编写BootLoader程序?
初学者最好采用拿来主义，在别人的BootLoader源代码基础上 进行修改、编译、调试。
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VIVI 第2阶段介绍
第7步：misc()和init_builtin_cmds()
这两个函数都是简单地调用add_command函数，给一些命令 增加相应的处理函数。在vivi启动后，可以进去操作界面，这些命 令，就是供用户使用的。
第8步：boot_or_vivi()
此函数根据情况，或者启动“vivi_shell”，进入与用户进行交 互的界面，或者直接启动linux内核。
9
head.S通常完成如下几件事情：
(5) 检查是否从掉电模式唤醒，若是，则调用WakeupStart函数进 行处理——这是一段没用上的代码，vivi不可能进入掉电模式； (6) 点亮所有LED (7) 初始化UART0：
a．设置GPIO，选择UART0使用的引脚 b．初始化UART0，设置工作方式(不使用FIFO)、波特率 115200 8N1、无流控等，请参考实验：UART
依赖于CPU体系结构的代码，比如设备初始化代码等 ，通常都放在stage1中，而且通常都用汇编语言来实现， 以达到短小精悍的目的。
而stage2则通常用C语言来实现，这样可以实现给复 杂的功能，而且代码会具有更好的可读性和可移植性。
这里以韩国MIZI公司的VIVI为例来说明BootLoader 的主要任务。
及协议
4
3.3.1.2 BootLoader的主要任务
首先我们做一个假定，那就是：假定内核映像与 根文件系统映像都被加载到RAM中运行。之所以提 出这样一个假设前提是因为，在嵌入式系统中内核映 像与根文件系统映像也可以直接在ROM或Flash这样 的固态存储设备中直接运行。但这种做法无疑是以运 行速度的牺牲为代价的。
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head.S通常完成如下几件事情：
(9) 跳到bootloader的阶段2运行——就是调用init/main.c中 的main函数：
a．重新设置堆栈 b．设置main函数的参数 c．调用main函数
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VIVI的阶段2
请看其主程序: (在init/main.c中，它可以分为8个步骤)。 1 int main(int argc， char *argv[]) 2{ 3 int ret;
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VIVI的阶段1
head.S程序
.s gcc可以编译的汇编语言源程序，但不进行预处理，即 不处理#define、#include、#undef等等。 .S gcc可以编译的汇编语言源程序，进行预处理，因为要 进行预处理，因此C语言中的宏、头文件和条件式编译均 可接受#define、 #include、 #undef、#ifdef ，C语言中的注 释也可以如 /**/、 //等。
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VIVI的阶段2
14 /*第3步*/ 15 mem_map_init(); 16 mmu_init(); 17 putstr("Succeed memory mapping.\r\n"); 18 /* Now， vivi is running on the ram. MMU is enabled.*/
第2步：board_init() board_init调用2个函数用于初始化定时器和设置各GPIO引 脚功能(代码在arch/s3c2410/smdk.c中)。
第3步：建立页表和启动MMU mem_map_init函数用于建立页表，vivi使用段式页表，只需 要一级页表。调用3个函数(代码在arch/s3c2410/m2 BootLoader的主要任务
Boot parameters
kernel
Root file system
BootLoader 固态存储设备的典型空间分配结构
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一个典型的BootLoader：VIVI
从操作系统的角度看，BootLoader的总目标就是正确 地调用内核来执行。
另外，由于BootLoader的实现依赖于CPU的体系结构 ，因此大多数BootLoader都分为stage1和stage2两大部分 。
事实上，heap就是使用一系列的blockhead数据结构来描述和操 作的。每个blockhead数据结构对应着一块heap内存。
假设一个blockhead数据结构的存放位置为A，则它对应的可分 配内存地址为“A + sizeof(blockhead)”到“A + sizeof(blockhead) + size - 1”。blockhead数据结构在lib/heap.c中定义。
引导加载程序。包括固化在固件(firmware)中的boot代码(可 选)，和BootLoader两大部分。
Linux内核。特定于嵌入式目标板的定制内核以及内核的启动 参数。
文件系统。包括根文件系统和建立于Flash内存设备之上文件 系统。通常用ramdisk来作为rootfs。
用户应用程序。特定于用户的应用程序。有时在用户应用程 序和内核层之间可能还会包括一个嵌入式图形用户界面。常用 的嵌入式GUI有：Qt、MicroWindows和MiniGUI等等。
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VIVI的阶段2
28 /*第6步*/ 29 init_priv_data();
30 /*第7步*/ 31 misc(); 32 init_builtin_cmds();
33 /*第8步*/ 34 boot_or_vivi(); 35 return 0; 36 }
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VIVI 第2阶段介绍
第1步：reset_handler() reset_handler用于将内存清零(代码在lib/reset_handle.c中)。
19 /*第4步*/ 20 /* initialize the heap area */ 21 ret = heap_init(); 22 if (ret) { 23 putstr("Failed initailizing heap region\r\n"); 24 error(); 25 }
26 /*第5步*/ 27 ret = mtd_dev_init();
第6步：init_priv_data()
此函数将启动内核的命令参数取出，存放在内存特定的位置 中。这些参数来源有两个：vivi预设的默认参数，用户设置的参数( 存放在nand flash上)。init_priv_data先读出默认参数，存放在 “VIVI_PRIV_RAM_BASE”开始的内存上；然后读取用户参数， 若成功则用用户参数覆盖默认参数，否则使用默认参数。
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head.S通常完成如下几件事情：
(8) 将vivi所有代码(包括阶段1和阶段2)从nand flash复制到 SDRAM中：
a．设置nand flash控制寄存器 b．设置堆栈指针——调用C函数时必须先设置堆栈 c．设置即将调用的函数nand_read_ll的参数：r0=目的地址 (SDRAM的地址)，r1=源地址(nand flash的地址)，r2=复制的长度( 以字节为单位) d．调用nand_read_ll进行复制 e．进行一些检查工作：上电后nand flash最开始的4K代码被自 动复制到一个称为“Steppingstone”的内部RAM中(地址为 0x00000000-0x00001000)；在执行nand_read_ll之后，这4K代码同 样被复制到SDRAM中(地址为0x33f00000-0x33f01000)。比较这两 处的4K代码，如果不同则表示出错。
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head.S通常完成如下几件事情：
(1) 关WATCH DOG：上电后，WATCH DOG默认是开着的； (2) 禁止所有中断：vivi中没用到中断(不过这段代码实在多余 ，上电后中断默认是关闭的)； (3) 初始化系统时钟：启动MPLL，FCLK=200MHz， HCLK=100MHz，PCLK=50MHz，“CPU bus mode”改为 “Asynchronous bus mode”； (4) 初始化内存控制寄存器(还记得那13个寄存器吗？)；
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3.3.1.1 基本概念
(1) BootLoader所支持的CPU和嵌入式板 (2) BootLoader的安装媒介(Installation Medium) (3) 用来控制BootLoader的设备或机制 (4) BootLoader的启动过程是单阶段(SingleStage)还是多
阶段(Multi-Stage) (5) BootLoader的操作模式(OperationMode) (6) BootLoader与主机之间进行文件传输所用的通信设备
4 /*第1步*/ 5 putstr("\r\n"); 6 putstr(vivi_banner); 7 reset_handler();
8 /*第2步*/ 9 ret = board_init(); 10 if (ret) { 11 putstr("Failed a board_init() procedure\r\n"); 12 error(); 13 }
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VIVI 第2阶段介绍
第4步：heap_init()
heap——堆，内存动态分配函数mmalloc就是从heap中划出一 块空闲内存的，mfree则将动态分配的某块内存释放回heap中。
heap_init函数在SDRAM中指定了一块1M大小的内存作为heap( 起始地址HEAP_BASE = 0x33e00000)，并在heap的开头定义了一个 数据结构blockhead。
VIVI 第2阶段介绍
第5步：mtd_dev_init()
mtd_dev_init()用来扫描所使用的NAND Flash的型号，构造 MTD设备，即构造一个mtd_info的数据结构。对于本开发板，它 直接调用mtd_init()，mtd_init又调用smc_init()，此函数在 drivers/mtd/maps/s3c2410_flash.c中。
嵌入式系统的原理及应用
3.3 嵌入式Linux系统的开发
编写BootLoader； 裁减嵌入式Linux内核； 裁减嵌入式Linux文件系统； 烧写BootLoader到目标板； 烧写嵌入式Linux内核和文件系统到目标板。
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3.3.1 编写BootLoader
一个嵌入式Linux系统从软件角度看可以分为四个层次：
怎样编写BootLoader程序?
初学者最好采用拿来主义，在别人的BootLoader源代码基础上 进行修改、编译、调试。
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VIVI 第2阶段介绍
第7步：misc()和init_builtin_cmds()
这两个函数都是简单地调用add_command函数，给一些命令 增加相应的处理函数。在vivi启动后，可以进去操作界面，这些命 令，就是供用户使用的。
第8步：boot_or_vivi()
此函数根据情况，或者启动“vivi_shell”，进入与用户进行交 互的界面，或者直接启动linux内核。
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head.S通常完成如下几件事情：
(5) 检查是否从掉电模式唤醒，若是，则调用WakeupStart函数进 行处理——这是一段没用上的代码，vivi不可能进入掉电模式； (6) 点亮所有LED (7) 初始化UART0：
a．设置GPIO，选择UART0使用的引脚 b．初始化UART0，设置工作方式(不使用FIFO)、波特率 115200 8N1、无流控等，请参考实验：UART
依赖于CPU体系结构的代码，比如设备初始化代码等 ，通常都放在stage1中，而且通常都用汇编语言来实现， 以达到短小精悍的目的。
而stage2则通常用C语言来实现，这样可以实现给复 杂的功能，而且代码会具有更好的可读性和可移植性。
这里以韩国MIZI公司的VIVI为例来说明BootLoader 的主要任务。
及协议
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3.3.1.2 BootLoader的主要任务
首先我们做一个假定，那就是：假定内核映像与 根文件系统映像都被加载到RAM中运行。之所以提 出这样一个假设前提是因为，在嵌入式系统中内核映 像与根文件系统映像也可以直接在ROM或Flash这样 的固态存储设备中直接运行。但这种做法无疑是以运 行速度的牺牲为代价的。
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head.S通常完成如下几件事情：
(9) 跳到bootloader的阶段2运行——就是调用init/main.c中 的main函数：
a．重新设置堆栈 b．设置main函数的参数 c．调用main函数
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VIVI的阶段2
请看其主程序: (在init/main.c中，它可以分为8个步骤)。 1 int main(int argc， char *argv[]) 2{ 3 int ret;
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VIVI的阶段1
head.S程序
.s gcc可以编译的汇编语言源程序，但不进行预处理，即 不处理#define、#include、#undef等等。 .S gcc可以编译的汇编语言源程序，进行预处理，因为要 进行预处理，因此C语言中的宏、头文件和条件式编译均 可接受#define、 #include、 #undef、#ifdef ，C语言中的注 释也可以如 /**/、 //等。
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VIVI的阶段2
14 /*第3步*/ 15 mem_map_init(); 16 mmu_init(); 17 putstr("Succeed memory mapping.\r\n"); 18 /* Now， vivi is running on the ram. MMU is enabled.*/
第2步：board_init() board_init调用2个函数用于初始化定时器和设置各GPIO引 脚功能(代码在arch/s3c2410/smdk.c中)。
第3步：建立页表和启动MMU mem_map_init函数用于建立页表，vivi使用段式页表，只需 要一级页表。调用3个函数(代码在arch/s3c2410/m2 BootLoader的主要任务
Boot parameters
kernel
Root file system
BootLoader 固态存储设备的典型空间分配结构
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一个典型的BootLoader：VIVI
从操作系统的角度看，BootLoader的总目标就是正确 地调用内核来执行。
另外，由于BootLoader的实现依赖于CPU的体系结构 ，因此大多数BootLoader都分为stage1和stage2两大部分 。
事实上，heap就是使用一系列的blockhead数据结构来描述和操 作的。每个blockhead数据结构对应着一块heap内存。
假设一个blockhead数据结构的存放位置为A，则它对应的可分 配内存地址为“A + sizeof(blockhead)”到“A + sizeof(blockhead) + size - 1”。blockhead数据结构在lib/heap.c中定义。
引导加载程序。包括固化在固件(firmware)中的boot代码(可 选)，和BootLoader两大部分。
Linux内核。特定于嵌入式目标板的定制内核以及内核的启动 参数。
文件系统。包括根文件系统和建立于Flash内存设备之上文件 系统。通常用ramdisk来作为rootfs。
用户应用程序。特定于用户的应用程序。有时在用户应用程 序和内核层之间可能还会包括一个嵌入式图形用户界面。常用 的嵌入式GUI有：Qt、MicroWindows和MiniGUI等等。
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VIVI的阶段2
28 /*第6步*/ 29 init_priv_data();
30 /*第7步*/ 31 misc(); 32 init_builtin_cmds();
33 /*第8步*/ 34 boot_or_vivi(); 35 return 0; 36 }
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VIVI 第2阶段介绍
第1步：reset_handler() reset_handler用于将内存清零(代码在lib/reset_handle.c中)。
19 /*第4步*/ 20 /* initialize the heap area */ 21 ret = heap_init(); 22 if (ret) { 23 putstr("Failed initailizing heap region\r\n"); 24 error(); 25 }
26 /*第5步*/ 27 ret = mtd_dev_init();
第6步：init_priv_data()
此函数将启动内核的命令参数取出，存放在内存特定的位置 中。这些参数来源有两个：vivi预设的默认参数，用户设置的参数( 存放在nand flash上)。init_priv_data先读出默认参数，存放在 “VIVI_PRIV_RAM_BASE”开始的内存上；然后读取用户参数， 若成功则用用户参数覆盖默认参数，否则使用默认参数。
10
head.S通常完成如下几件事情：
(8) 将vivi所有代码(包括阶段1和阶段2)从nand flash复制到 SDRAM中：
a．设置nand flash控制寄存器 b．设置堆栈指针——调用C函数时必须先设置堆栈 c．设置即将调用的函数nand_read_ll的参数：r0=目的地址 (SDRAM的地址)，r1=源地址(nand flash的地址)，r2=复制的长度( 以字节为单位) d．调用nand_read_ll进行复制 e．进行一些检查工作：上电后nand flash最开始的4K代码被自 动复制到一个称为“Steppingstone”的内部RAM中(地址为 0x00000000-0x00001000)；在执行nand_read_ll之后，这4K代码同 样被复制到SDRAM中(地址为0x33f00000-0x33f01000)。比较这两 处的4K代码，如果不同则表示出错。
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head.S通常完成如下几件事情：
(1) 关WATCH DOG：上电后，WATCH DOG默认是开着的； (2) 禁止所有中断：vivi中没用到中断(不过这段代码实在多余 ，上电后中断默认是关闭的)； (3) 初始化系统时钟：启动MPLL，FCLK=200MHz， HCLK=100MHz，PCLK=50MHz，“CPU bus mode”改为 “Asynchronous bus mode”； (4) 初始化内存控制寄存器(还记得那13个寄存器吗？)；
3
3.3.1.1 基本概念
(1) BootLoader所支持的CPU和嵌入式板 (2) BootLoader的安装媒介(Installation Medium) (3) 用来控制BootLoader的设备或机制 (4) BootLoader的启动过程是单阶段(SingleStage)还是多
阶段(Multi-Stage) (5) BootLoader的操作模式(OperationMode) (6) BootLoader与主机之间进行文件传输所用的通信设备
4 /*第1步*/ 5 putstr("\r\n"); 6 putstr(vivi_banner); 7 reset_handler();
8 /*第2步*/ 9 ret = board_init(); 10 if (ret) { 11 putstr("Failed a board_init() procedure\r\n"); 12 error(); 13 }
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VIVI 第2阶段介绍
第4步：heap_init()
heap——堆，内存动态分配函数mmalloc就是从heap中划出一 块空闲内存的，mfree则将动态分配的某块内存释放回heap中。
heap_init函数在SDRAM中指定了一块1M大小的内存作为heap( 起始地址HEAP_BASE = 0x33e00000)，并在heap的开头定义了一个 数据结构blockhead。