第6章 Bootloader
BOOTLOADER编写实验
五
基础知识
用来控制 BootLoader 的设备或机制
串口通讯是最简单也是最廉价的一种双机通讯设备，所以往 往在BootLoader中主机和目标机之间都通过串口建立连接， BootLoader 程序在执行时通常会通过串口来进行 I/O，比 如：输出打印信息到串口，从串口读取用户控制字符等。当 然如果认为串口通讯速度不够，也可以采用网络或者USB通 讯，那么相应的在BootLoader中就需要编写各自的驱动。
初始化本阶段要使用到的硬件设备 调用应用程序或启动内核
14
五
基础知识
Stage 1初始化流程图
stage 1的功能： RAM初始化， 设置各个部件的时钟和片选， 将BootLoader拷贝到RAM中，设 置堆栈，调用Stage 2。 注意：在本阶段，特别是在堆 栈设置之前，进行函数调用 （也有些汇编子程序不需要使 用堆栈）或者使用堆栈保存数 据将产生不可预知的结果；
通过串口设置下载地址和下载的长度 （用于缓冲接收的数据）， 下载更新的Boot Loader
接收下载的数据
确认下载的数据
调用I28f320_Prog_Main 将数据写到FLASH中
返回
17
六
实验过程
实验过程
18
六
实验报告要求
实验报告要求
Bootloader在嵌入式系统中的作用是什么，它的基本功能 包括那些？ 简述典型Bootloader的框架；
JX44B0实验系统教案 实验系统教案 BOOTLOADER编写实验 编写实验
武汉创维特信息技术有限公司
2010-11-19
提纲
1
实验目的
2
实验内容
3 4 5 6 7
预备知识
bootloader说明
使用Bootloader 升级芯片内程序详解AVR仿真器AVR编程器二合一AVRJTAG与ISP 二合一V2.5 【经典推荐】￥298.00元国产AVR JTAGICE mkII 仿真下载器(ATJTAGICE2)【推荐】￥650.00元ATmega128 开发板学习板EasyAVR M128SK-A 四合一（核心板、开发板、仿真器、下载烧录器）￥498.00元单片机实验箱AVR单片机实验箱AVR单片机实验仪高校首选AVR单片机学习实验箱￥798.00元EasyAVRATmega16开发板仿真器编程器三合一特价（开发板、仿真器、下载烧写器）￥298.00元你现在的位置：AVR与虚拟仪器>>AVR使用范例>>使用Bootloader 升级芯片内程序详解论坛AVR使用范例--使用Bootloader 升级芯片内程序详解感谢网站热心会员likeeavr提供本页原型。
Bootloader是flash中高地址的一个程序区域，通过它可以实现程序的运行控制，程序更新等。
本页给出的是通过串口实现在线更新的方法。
程序编译环境:icc avr 6.31。
如果你使用Atmega16芯片，7.3728M晶振，1024的bootloader区，19200的波特率，那么你直接使用下面的hex文件就可以了，下载hex文件。
本站的开发板内，预制这个hex文件，可以按照本页的方法用串口线直接更新程序。
否则，你需要对程序进行调整，然后重新编译Bootloader的hex文件，下载软件包，软件中需要更改的部分：1. 芯片的类型#include <iom16v.h> //选择对应的芯片2. Bootloader区的大小，和ICC的option相对应。
#define BootSize 'd' //10243. 串口的通讯频率设置，根据晶振大小对应的进行修改。
#define BAU 23 // 7.3728M 19200（计算方法如下图）下面这个界面计算出UBBR的值正确的前提是CPU选项中的芯片类型和晶振都选择正确。
Bootloader 的概念
?3. Bootloader 与内核的交互
Bootloader 与内核的交互是单向的，Bootloader 将各类参数传给内核。由于它们不能同时运 行，传递办法只有一个：Bootloader 将参数放在某个约定的地方之后，再启动内核，内核启 动后从这个地方获得参数。
除了约定好参数存放的地址外，还要规定参数的结构。Linux 2.4.x 以后的内核都期望以标 记列表(tagged list)的形式来传递启动参数。标记，就是一种数据结构；标记列表，就是挨着 存放的多个标记。标记列表以标记 ATAG_CORE 开始，以标记 ATAG_NONE 结束。标记 的数据结构为 tag，它由一个 tag_header 结构和一个联合(union)组成。tag_header 结构表示标 记的类型及长度，比如是表示内存还是表示命令行参数等。对于不同类型的标记使用不同的 联合(union)，比如表示内存时使用 tag_mem32，表示命令行时使用 tag_cmdline。数据结构 tag 和 tag_header 定义在 Linux 内核源码的 include/asm/setup.h 头文件中：
将根文件系统映像复制到 RAM 中，这不是必需的。这取决于是什么类型的根文件系统，以 及内核访问它的方法。
为内核设置启动参数将在下一小节介绍。
将内核存放在适当的位置后，直接跳到到它的入口点即可调用内核。调用内核之前，下列条 件要满足：
（1）CPU 寄存器的设置。
? ?R0＝0 ?R1 ＝ 机 器 类 型 ID ； 对 于 ARM 结 构 的 CPU ， 其 机 器 类 型 ID 可 以 参 见 linux/arch/arm/tools/mach-types。 ?R2＝启动参数标记列表在 RAM 中起始基地址
bootloader简介
bootloader 简介1.1 Bootloader移植的必要性Bootloader是与系统硬件环境高度相关的初始化软件，它担负着初始化硬件和引导操作系统的双重责任。
一些ARM平台可以共用同一种Bootloader，但是总的说来，每一个特定系统的Bootloader都会有所不同。
Bootloader广泛用于有操作系统的手持终端设备、智能家电及机顶盒等嵌入式设备上，它负责完成硬件初始化、操作系统引导和系统配制等。
Bootloader 移植是在特定硬件平台上操作系统移植至关重要的一步。
1.2 BootLoader所支持的CPU和嵌入式系统板每种不同的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，比如U-BOOT就同时支持ARM、MIPS、POWERPC等体系结构。
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。
也就是说，对于两块不同的嵌入式板而言，即使它们是基于同一种CPU而构建的，要想让运行在一块板子上的BootLoader程序也能运行在另一块板子上，通常也都需要修改BootLoader的源程序。
1.3. Boot Loader的烧录和存储系统加电或复位后，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。
比如，at91rm9200的CPU在复位时通常都从地址0x00000000取它的第一条指令。
这个地址依据特定的CPU而定。
通常片外启动时，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（EEPROM或FLASH等，at91rm9200是0x10000000)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Boot Loader程序。
bootloader烧写到flash中，对于一个裸板有两种方式：（1）通过片内固化的loader加载bootloader：通常某些CPU内部ROM中固化了一段程序可以用于最初的程序下载，如A T91RM9200。
bootloader学习笔记
Bootloader学习笔记一.what is bootloader?Bootloader是一种独立的程序，类似于Application程序，尽管体积小，但具备启动代码、中断、主程序（Boot_main函数）和操作系统（可选）等“全部五脏”。
百度百科的词条解释：Bootloader是在加电后执行的第一段代码，完成CPU及相关硬件的初始化后，将操作系统映像或固化的嵌入式应用程序装载到内存，并跳转到操作系统空间启动运行。
下面是学习bootloader的系统路线：1.了解bootloader的定义：Bootloader是嵌入式系统在启动时执行的第一段代码，它完成硬件初始化，加载操作系统或固件。
2.掌握bootloader的工作原理：当系统开机时，CPU执行的是bootloader的代码，它读取存储设备（如硬盘，U盘，SD卡等）中的操作系统镜像或固件，加载到内存中，并进行跳转。
3.了解常见的bootloader的类型：如U-Boot，Grub等，并了解它们的特点和适用场景。
4.学习bootloader的开发：包括硬件初始化，文件系统的读取，代码的跳转等。
5.掌握bootloader的应用：比如系统升级，系统恢复等。
二.为什么需要bootloader？Bootloader是用于启动操作系统的引导程序，它是计算机启动过程中的第一个执行的程序。
需要Bootloader的原因有以下几点：1.引导操作系统：Bootloader负责读取和加载操作系统，并将控制权转交给操作系统。
2.进行硬件初始化：Bootloader初始化计算机硬件，确保操作系统能够正确识别和使用硬件。
3.提供系统恢复选项：Bootloader可以提供系统恢复选项，例如进入安全模式或恢复到原始配置。
4.实现多操作系统启动：Bootloader可以用于启动多个操作系统，例如通过引导菜单选择启动Windows或Linux操作系统。
因此，Bootloader是计算机启动过程中不可或缺的一部分，它起到了重要的辅助作用。
bootloader的编写
bootloader的编写[Bootloader的编写]引言：在计算机系统中，所有软件程序的启动都需要从硬件开始，即从计算机的引导加载程序（bootloader）开始。
Bootloader是计算机系统中的第一个程序，它位于计算机的非易失性内存（ROM或闪存）中，负责将操作系统加载到计算机的内存中并进行初始化。
本文将一步一步回答关于Bootloader的编写的问题，帮助读者了解Bootloader的基本原理和编写过程。
一、什么是Bootloader？Bootloader是指位于计算机系统启动过程中的第一个可执行程序，它负责初始化硬件设备、加载操作系统并将控制权交给操作系统。
在引导加载过程中，计算机会首先执行Bootloader程序，然后再按照一定的规则将操作系统加载到内存中并启动它。
二、为什么需要编写Bootloader？编写Bootloader的目的是为了在计算机系统启动时对硬件进行初始化，并将操作系统加载到内存中。
Bootloader起到了桥梁的作用，将硬件和操作系统连接起来。
此外，编写Bootloader还可以添加一些自定义功能，如双重引导、数据恢复等。
三、Bootloader的基本原理是什么？Bootloader编写的基本原理包括以下几个方面：1. 硬件初始化：Bootloader首先需要对计算机的硬件设备进行初始化，包括处理器、内存、外设等。
这些初始化工作是确保计算机能够正常启动的基础。
2. 加载操作系统：Bootloader需要加载操作系统的二进制映像文件（通常是内核文件）到内存中。
这需要通过读取硬盘或其他存储设备上的引导块或分区来完成。
3. 进入操作系统：一旦操作系统加载到内存中，Bootloader将控制权交给操作系统，让其接管计算机的控制。
四、如何编写Bootloader？编写Bootloader的过程可以分为以下几个步骤：1. 了解目标硬件：首先需要了解目标计算机的硬件平台和体系结构，包括处理器类型、内存布局、外设接口等。
第六章-Bootloader
本地加载模式模式
这种模式也称为“自主” 这种模式也称为“自主”（Autonomous）模 ） 式，即Boot Loader从目标机上的某个固态存储设备 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 中运行， 上将操作系统加载到 中运行 用户的介入。 用户的介入。 这种模式是Boot Loader的正常工作模式，因此 的正常工作模式， 这种模式是 的正常工作模式 在嵌入式产品发布的时候， 在嵌入式产品发布的时候， Boot Loader必须工作 必须工作 在这种模式下。 在这种模式下。
四、Boot Loader的启动过程 的启动过程
由于 Boot Loader 的实现严重依赖于 CPU 的体系结构， 的体系结构，因此大多数 Boot Loader 的启动都 stage2两大部分 两大部分。 分为 stage1 和 stage2两大部分。依赖于 CPU 体系结构的代码，比如设备初始化代码等， 体系结构的代码，比如设备初始化代码等，通常 stage1中 而且通常都用汇编语言来实现， 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。 stage2则通常用 则通常用C 以达到短小精悍的目的。而 stage2则通常用C语 言来实现，这样可以实现更复杂的功能， 言来实现，这样可以实现更复杂的功能，而且代 码会具有更好的可读性和可移植性。 码会具有更好的可读性和可移植性。
一个嵌入式 Linux 系统从软件的角度看通常可以分为五 个层次： 个层次：
1. 引导加载程序 代码(可选) 包括固化在固件中的 boot 代码(可选)和Boot Loader 两大部分。 两大部分。 2. Linux 内核 特定于嵌入式板子的定制内核(包括驱动程序)以及内核的启动参数。 特定于嵌入式板子的定制内核(包括驱动程序)以及内核的启动参数。 包括根文件系统和建立于Flash内存设备之上的文件系统， Flash内存设备之上的文件系统 3. 文件系统 包括根文件系统和建立于Flash内存设备之上的文件系统，通 常用RAMDISK做为根文件系统， RAMDISK做为根文件系统 常用RAMDISK做为根文件系统，是提供管理系统的各种配置文件以及系统 执行用户应用程序的良好的运行环境的载体。 执行用户应用程序的良好的运行环境的载体。 驱动程序编写（移植） 4. 驱动程序编写（移植） 5. 用户应用程序 特定于用户的应用程序。 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。 GUI有 QT和 包括一个嵌入式图形用户界面。常用的嵌入式 GUI有：QT和MiniGUI 。
嵌入式系统启动与加载过程(BootLoader)的原理及实现
上海交通大学硕士学位论文嵌入式系统启动与加载过程（BootLoader）的原理及实现姓名：郑进申请学位级别：硕士专业：计算机技术指导教师：张爱新20090201嵌入式系统启动与加载过程（BootLoader）的原理及实现摘要随着后PC时代的来临，很多原先基于PC才能实现的应用都逐渐向嵌入式设备发展，这得益于集成电路及芯片技术的跨越式发展。
目前嵌入式设备的处理器性能和集成度使低功耗、高性能、小型化成为不可避免的趋势，针对这些技术的发展使嵌入式开发越来越受到重视。
但随之而来也存在诸多需要提升的技术面，如缺乏统一的硬件架构标准使得软件也变得难以统一。
本文通过描述复杂嵌入式系统的加载启动过程并给出完整的软件实现来解决不同系统的不同启动方案，这样能实现基于硬件的改变而使软件尽可能少的修改代码以提高通用性，提高开发效率。
本文首先从介绍嵌入式系统概念和软硬件构成框架、嵌入式系统的启动过程入手，再阐述从芯片内部到外部的整个启动流程，最后针对不同产品或硬件需特殊处理的特点，以当今最流行的手持嵌入式设备中需要USB接口为例，实现基于USB接口的“启动加载”模式和“下载”模式的过程，重点阐述了如何实现这些主要功能和实现时对遇到技术难点的解决办法。
在整个项目过程中，我主要参与嵌入式系统启动过程的软件实现。
针对不同的项目所采取不同的硬件部件，按照本文所提供的实现过程而仅修改必要的XLoader、USB BootLoader硬件相关的配置参数，能简便快捷的完成系统的加载和启动，基于通用型USB BootLoader的正常运行从而使剩下的嵌入式操作系统移植、开发、调试等工作变得快速而高效。
关键词：嵌入式系统；启动过程；Bootloader4AbstractExcept the normal bootup process,The core chipset usually may provide a way to allow the system to communicate with external devices.This is an essential function to facilitate the development process and more for the maintenance work later on.Actually, This so called “second bootup process” is mandatory for versatile processor platform.Most of the key functions during development stage are implemented by this way.There is no mass flash memory burning during the development process.So for a new develop board should have the way to operating the flash memory freely.This time we need this “second bootup process” to finish these functions.And more we also can use it to implement something like initialize USB/Ethernet card ports so as we can transport bulk firmware freely and quickly.If only based on UART transport.There must be over hours for only coulpe of mega bytes transportation.This is really unacceptable for reflashing with high frequency during the development stage.Key words: Embedded System, Boot procedure;Ⅱ上海交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。
第6章bootloader
6.1.2 Bootloader的启动
1．网络启动方式 这种方式开发板不需要配置较大的存储介质，跟无
盘工作站有点类似。但是使用这种启动方式之前 ，需要把Bootloader安装到板上的EPROM或者 Flash中。Bootloader通过以太网接口远程下载 Linux内核映像或者文件系统。 2．磁盘启动方式 3．Flash启动方式
6.4.2 U-Boot的常用命令
help命令 bootp命令
crc32命令 echo命令
go命令
iminfo命令
mw命令
nfs命令
nm命令
printenv命令
protect命令
rarboot命令
run命令
setenv命令
sleep命令
tftpboot命令
cmp命令 erase命令 loadb命令
6.3.1 硬件调试器
使用BDI2000调试U-boot的方法如下。 （1）配置BDI2000和目标板初始化程序，连接目标
板。 （2）添加U-Boot的调试编译选项，重新编译 （3）下载U-Boot到目标板内存。 （4）启动GDB调试。
6.3.2 软件跟踪
假如U-Boot没有任何串口打印信息，手头又没有硬 件调试工具，那样怎么知道U-Boot执行到什么地 方了呢？可以通过开发板上的LED指示灯判断。
6.1 Bootloader
对于计算机系统来说，从开机上电到操作系统启动 需要一个引导过程。嵌入式Linux系统同样离不开 引导程序，这个引导程序就叫作Bootloader。
6.1.1 Bootloader介绍
Bootloader是在操作系统运行之前执行的一段小程序 。通过这段小程序，我们可以初始化硬件设备、 建立内存空间的映射表，从而建立适当的系统软 硬件环境，为最终调用操作系统内核做好准备。
深入理解BootLoader
4.1数据处理
1
指令
2
4.2分支指令
3 4.3软中断指
令
4 4.4程序状态
寄存器指令
5 4.5协处理器
指令
4.6加载常量 的伪指令
4.7本章小结
5.1寻址模式1—— 数据处理指令的寻址
模式
5.2寻址模式2—— 字或无符号字节的 load/store指令
5.3寻址模式3—— 杂类load/store指 令的寻址方式
读书笔记实在读不下去了，很像是上面复制粘贴下来的，可以当做工具书，但是并不能做到引领读者深入理解。 对初学者来说，可以补充下基础知识。 至少多介绍点其他的bootloader。 真正的干货就三章，作者东拉西扯弄了10章出来，诚意不够，字数来凑[流汗]。 很适合对Linux编程完全不懂的新手，最近在学习清华的操作系统课程，如果你也一样，那这本书挺合适你 用来做lab1的参考。 非常棒，作者很有底蕴！这本书的名字应该是：《从指令、寻址、编译、链接到bootloader》对底层一遍通 讲，非常棒！。 硬生生地把一章的内容扩展到了一本书，真是够勉强的。 全文内容过于浅显，与书名不搭噶。 前边铺垫太多，而且都是老生常谈，最后Bootloader却是一个小话题，用途也不广泛，作为嵌入式开发相关 书籍的一个章节更合适。
2.2.1 GCC的编译流程 2.2.2 GCC的常用编译选项 2.2.3交叉编译器
2.3.1 find命令 2.3.2 grep命令 2.3.3管道与重定向
2.4.1 Make和Makefile 2.4.2 Makefile中的变量 2.4.3自动推导规则 2.4.4嵌的Makefile 2.4.5 Make伪目标 2.4.6自动化变量 2.4.7 Make的内嵌函数
bootloader
U-boot启动流程
• 链接脚本
OUTPUT_FORMAT("elf32-littlearm", "elf32-littlearm", "elf32-littlearm") OUTPUT_ARCH(arm) ENTRY(_start) SECTIONS { . = 0x00000000; . = ALIGN(4); .text : { cpu/arm920t/start.o (.text) __arm1_init_start = .; board/mindspeed/common/arm1_init.o (.text) __arm1_init_end = .; *(.text) }
U-Boot命令
• 这样每一个U-Boot命令有一个结构体来描述。结构体包含 的成员变量：命令名称、最大参数个数、重复数、命令执 行函数、用法、帮助。 • 从控制台输入的命令是由common/command.c中的程序 解释执行的。find_cmd()负责匹配输入的命令，从列表中 找出对应的命令结构体。 • 在u-boot中输入命令不一定输入全部命令名称，而是可以 省略后面的一些字符，例如“help”命令可以输入he。
环境变量
关于以上结构的说明: crc是u-boot在保存env 的时候加上去的校验头，在第一次启 动时一般 crc校验会出错，这很正常，因为这时 Flash中 的数据无效。 data data字段保存实际的环境变量。u-boot 的 env 按 u-boot name=value”\0”的方式存储，在所有env的最后以”\0\0” 表示整个 env 的结束。新的name=value对总是被添加到 env 数据块的末尾，当删除一个name=value对时，后面 的环境变量将前移，对一个已经存在的环境变量的修改实 际上先删除再插入。
Bootloader过程简介
Bootloader过程简介
应用层 OS层 驱动层
电源管理
Flash
EEPROM
内
SDRAM SRAM
存
看门狗及复 位电路
应用程序 文件系统/图形用户应用程序接口
实时操作系统（RTOS） 设备驱动程序、HAL、BSP
SOC/SOPC
GPIO IIS USB LCD
ADC/DAC
back
Bootloader过程简介
3.3 Bootloader操作模式
大多数Bootloader都
有两种不同的操作模式：
loader
“启动加载”模式和“下
载”模式。其区别对于开
发人员才有意义。
从最终用户的角度看， Bootloader的作用就是用 flash 来加载操作系统，而并不 bits
存在所谓的启动加载模式
Bootloader过程简介
2、下载（Downloading）模式 下载方式：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 从主机下载文件。 下载内容及存储：主要是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过程简介
1、vivi
vivi是韩国Mizi公司开发的Bootloader，适用于
ARM9处理器。
2、RedBoot RedBoot即红帽(Red Hat)嵌入式调试引导程序， 是一种用于嵌入式系统的独立开放源代码引导/装载器。
3、U-Boot U-Boot（Universal Bootloader）由德国DENX小组 开发，是一款目前功能较为强大的开源Bootloader程序，它支 持多种处理器平台，包括ARM、PowerPC、MIPS等。
《BootLoader实验》课件
03
Bootloader实验步骤
编写引导程序
总词
编写引导程序是实验的第一步，需要使用汇 编语言或C语言编写引导程序代码。
详细描述
引导程序是用于加载操作系统的程序，需要 在计算机启动时运行。在实验中，学生需要 编写一个简单的引导程序，该程序可以在屏 幕上输出一些文本信息，并加载操作系统。
编译引导程序
安装ISO文件启动制作工具（ 如Etcher或 Win32DiskImager）
实验环境配置
01 配置虚拟机软件，设置正确的启动顺序和 启动方式
02 将U盘插入PC机，并设置正确的启动顺序 和启动方式
03
将ISO文件插入PC机，并设置正确的启动 顺序和启动方式
04
将硬盘映像写入硬盘，并设置正确的启动 顺序和启动方式
详细描述
Bootloader是在操作系统运行之前，由硬件或软件系统自动加载到主存储器中的一段小程序。它的主 要任务是初始化硬件设备、建立内存空间映射图，从而为操作系统的内核准备好正确的环境。
Bootloader的作用
总结词
系统启动的关键环节
详细描述
Bootloader是操作系统启动的关键环节，它负责在系统启动时加载并启动内核，同时为内核提供必要的运行环境 。此外，Bootloader还可以提供系统维护和修复等功能。
05
Bootloader实验问题与解决方案
常见问题汇总
启动引导问题
无法正常引导操作系统。
硬件接口问题
与硬件设备的通信异常。
内存访问问题
无法正确访问内存空间。
配置文件问题
配置文件丢失或配置错误。
问题解决方案
重新检查启动引导代码 ：确保引导程序正确加 载。
什么是bootloader-PPT课件
Boot Loader 的 stage1 通常包括以下步骤(以执行的 先后顺序)： • 硬件设备初始化； • 为加载 Boot Loader 的 stage2 准备 RAM 空间； • 拷贝 Boot Loader 的 stage2 到 RAM 空间中； • 设置好堆栈； • 跳转到 stage2 的 C 入口点。
下图1就是一个同时装有 Boot Loader、内核的启动 参数、内核映像和根文件系统映像的固态存储设备 的典型空间分配结构图。
图1 固态存储设备的典型空间分配结构
3. 用来控制 Boot Loader 的设备或机制 主机和目标机之间一般通过串口建立连 接，Boot Loader 软件在执行时通常会通过串 口来进行 I/O，比如：输出打印信息到串口， 从串口读取用户控制字符等。
Boot Loader 的 stage2 通常包括以下步骤(以 执行的先后顺序)： • 初始化本阶段要使用到的硬件设备； • 检测系统内存映射(memory map)； • 将 kernel 映像和根文件系统映像从 flash 上读到 RAM 空间中； • 为内核设置启动参数； • 调用内核。
3.1 Boot Loader 的 stage1
启动加载（Boot loading）模式：这种模式 也称为"自主"（Autonomous）模式。也即 Boot Loader 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 Boot Loader 的正常工作模式，因此在嵌入式产品发布的 时侯，Boot Loader 显然必须工作在这种模式 下。
通常，Boot Loader 是严重地依赖于 硬件而实现的，特别是在嵌入式世 界。因此，在嵌入式世界里建立一 个通用的 Boot Loader 几乎是不可 能的。尽管如此，我们仍然可以对 Boot Loader 归纳出一些通用的概念 来，以指导用户特定的 Boot Loader 设计与实现。
Bootloader的结构和启动过程
Bootloader的结构和启动过程CPU上电后，会在某个地址开始执行，比如MIPS结构的CPU会从0xBFC00000取第一条指令，而ARM结构的CPU则从0x00000000开始，嵌入式开发板中，需要把存储器件ROM或Flash 等映射到这个地址。
而Bootloader就存在这个地址的开始处，这样一上电后就会从这个地址处执行。
Bootloader执行后从板子上的某个固态存储设备上将操作系统OS加载到RAM中运行。
（一些功能强大的Bootloader，比如U-boot在正常启动加载后可以延时若干秒（也可以自己设置），等待终端用户按下任意键后便可进入到下载模式；如果在指定的时间内没有按键，U-boot则会启动Linux内核，内核的启动参数可以是默认的或是由U-boot传递给它的）。
**注意：有的CPU在运行Bootloader之前先运行一段固件（firmware)中固化的boot代码，比如x86结构的CPU就是先运行BIOS中的固件然后才开始运行硬盘第一个分区中的Bootloader。
在大多数的嵌入式系统中并没有固件，Bootloader是上电后运行的第一个代码。
**下面便更细致得说明Bootloader的启动过程：从固态存储器上启动的Bootloader大多数是分二个阶段来启动的。
**第一个阶段**使用汇编代码来实现，它主要完成一些依赖于CPU体系结构的初始化，比如关看门狗、关中断、初始化RAM、将第二阶段调用的C语言代码复制到RAM（非必须，例如对于NOR Flash 等设备可以直接在上面执行，只不过比在RAM上执行效率低），设置CPU的速度和时钟频率（非必需，也可以放在第二阶段)，设置好栈，跳转到第二阶段的C语言入口处等；**第二个阶段**通常用C语言来实现，它主要用来：初始化本阶段要用到的硬件设备、检测系统内存映射(就是确定板上使用了多少内存，他们的地址空间是什么)、将内核映像和根文件系统映像从Flash 上复制到内存RAM并且在内存中的某个固定位置为内核设置启动参数Boot parameters（Flash上的内核映像有可能是经过压缩的，那么读到RAM后还要进行解压。
BootLoader启动过程分析
BootLoader启动过程分析一、 Boot Loader的概念和功能1、嵌入式Linux软件结构与分布在一般情况下嵌入式Linux系统中的软件主要分为以下及部分：（1）引导加载程序：其中包括内部ROM中的固化启动代码和Boot Loader两部分。
而这个内部固化ROM是厂家在芯片生产时候固化的，作用基本上是引导Boot Loader。
有的芯片比较复杂，比如Omap3，他在flash中没有代码的时候有许多启动方式：USB、UART 或以太网等等。
而S3C24x0则很简单，只有Norboot和Nandboot。
（2）Linux kernel 和drivers。
（3）文件系统。
包括根文件系统和建立于Flash内存设备之上的文件系统（EXT4、UBI、CRAMFS等等）。
它是提供管理系统的各种配置文件以及系统执行用户应用程序的良好运行环境的载体。
（4）应用程序。
用户自定义的应用程序，存放于文件系统之中。
在Flash 存储器中，他们的一般分布如下：但是以上只是大部分情况下的分布，也有一些可能根文件系统是initramfs，被一起压缩到了内核映像里，或者没有Bootloader参数区，等等。
2、在嵌入式Linux中为什么要有BootLoader在linux内核的启动运行除了内核映像必须在主存的适当位置，CPU还必须具备一定的条件：【1】CPU寄存器设置：R0=0；R1＝Machine ID(即Machine Type Number，定义在linux/arch/arm/tools/mach-types)；R2＝内核启动参数在RAM中起始基地址；【2】CPU模式：必须禁止中断(IRQs和FIQs)；CPU 必须工作在是超级保护模式(SVC) 模式；【3】Cache和MMU的设置：MMU 必须关闭；指令Cache可以打开也可以关闭；数据Cache必须关闭；但是在CPU刚上电启动的时候，一般连内存控制器都没有配置过，根本无法在内存中运行程序，更不可能处在Linux内核的启动环境中。
bootloader是什么意思
bootloader是什么意思大家有没有想过bootloader的意思?下面是店铺给大家整理的bootloader是什么意思，供大家参阅!bootloader是什么意思Bootloader是嵌入式系统在加电后执行的第一段代码，在它完成CPU和相关硬件的初始化之后，再将操作系统映像或固化的嵌入式应用程序装在到内存中然后跳转到操作系统所在的空间，启动操作系统运行。
BootLoader是在操作系统内核运行之前运行。
可以初始化硬件设备、建立内存空间映射图，从而将系统的软硬件环境带到一个合适状态，以便为最终调用操作系统内核准备好正确的环境。
通过这段小程序，可以初始化硬件设备、建立内存空间映射图，从而将系统的软硬件环境带到一个合适状态，以便为最终调用操作系统内核准备好正确的环境。
BootLoader背景介绍Bootloader是嵌入式系统在加电后执行的第一段代码，在它完成CPU和相关硬件的初始化之后，再将操作系统映像或固化的嵌入式应用程序装在到内存中然后跳转到操作系统所在的空间，启动操作系统运行。
[1]对于嵌入式系统，Bootloader是基于特定硬件平台来实现的。
因此，几乎不可能为所有的嵌入式系统建立一个通用的Bootloader，不同的处理器架构都有不同的Bootloader。
Bootloader不但依赖于CPU的体系结构，而且依赖于嵌入式系统板级设备的配置。
对于2块不同的嵌入式板而言，即使它们使用同一种处理器，要想让运行在一块板子上的Bootloader程序也能运行在另一块板子上，一般也都需要修改Bootloader的源程序。
反过来，大部分Bootloader仍然具有很多共性，某些Bootloader也能够支持多种体系结构的嵌入式系统。
例如，U-Boot 就同时支持PowerPC、ARM、MIPS和X86等体系结构，支持的板子有上百种。
通常，它们都能够自动从存储介质上启动，都能够引导操作系统启动，并且大部分都可以支持串口和以太网接口。
简述Bootloader的功能和工作原理
简述Bootloader的功能和工作原理Bootloader就是在操作系统内核运行之前运行的一段小程序。
通过这段小程序，我们可以初始化硬件设备、建立内存空间的映射图，从而将系统的硬软件环境带到一个合适的状态，以便最终调用操作系统内核准备好正确的环境。
主要任务就是将内核映像从闪存MDT独到RAM中，然后跳转到内核的入口点去运行，也即引导嵌入式操作系统。
系统在上电或复位时通常都是从地址0x00000000处开始执行，而在这个地址处安排的通常就是系统的Bootloader。
简述Linux虚拟内存管理的特点存在两个内存空间：虚拟内存空间和物理内存空间。
一个应用程序执行时要进行两次映射：第一次是映射到虚拟内存空间，即用虚拟地址为程序编址；第二次是映射到物理内存空间，即把运行的程序段复制到物理内存，确定程序的物理地址。
使用时，处理器可以运行一个大于实际物理内存的应用程序，程序段在两个内存中换入和换出，处理器似乎拥有了一个大于实际物理内存的内存空间。
简述LinuxX虚拟文件系统的特点和工作原理Linux构建了格式统一的文件管理框架来管理不同的文件系统。
文件管理框架除了保留所有文件系统的共性信息和框架本身所需的信息之外，也留出了必要的空间以存放实际文件系统的特殊信息。
系统初始化时在内尊重创建文件系统框架，当系统需要加载某个具体文件系统时，就把该系统的特殊信息加入到框架的预留空间中。
这样就可以吧各种不同的文件系统纳入到统一的框架体系中管理起来，从而是统一系统调用对各种文件进行操作。
Linux中，虚拟文件系统与实际文件系统之间的关系如下图对比ucLinux使用的几种典型文件系统rcLinux支持Linux的虚拟文件系统ROMFS：基于块的只读文件系统，文件结构比ext2简单得多，占用的空间小，是和用在ROM 之类存储介质的系统中。
RAMFS：内存文件系统，利用虚拟文件系统自身结构而形成的一个只存在与内存的文件系统。
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stage2：典型的trampoline
.text .global _trampoline _trampoline: bl main /*if main() return, we just call it again. */ b _trampoline
stage2-1：初始化本阶段的硬件设备 初始化至少一个串口，用以和终端通信 初始化计时器等 可以重新点亮led灯，表示顺利进入了main()中执 行。
BootLoader特点（续）
Boot Loader与主机通信最常用的方式是通过串口，使 用的协议通常是xmodem/ymodem/ zmodem等协议的一 种。 借助TFTP协议使用以太网连接速度更快，但此时主机 必须提供TFTP服务。
BootLoader特点（续）
大多Boot Loader都有两个操作模式： 启动加载：即Boot Loader从目标机上的某个固态存储器 上将操作系统加载到内存ram中运行，整个过程没有用户 的介入。这是Boot Loader的正常工作模式。 下载模式：目标机上的Boot Loader将通过串口或网络连 接从主机（host）上下载文件，例如内核映象和根文件 系统等。下载的文件首先放在ram中，然后被Boot Loader 写到固态存储器中。 Boot Loader的这种模式通常在第一 次安装内核与根文件系统时使用。
2
本章目标
Bootloader概况 U-Boot软件开发 U-Boot使用技巧
6.1 Bootloader 对于计算机系统来说，从开机上电到操作系统启 动需要一个引导过程。嵌入式Linux系统同样离不 开引导程序，这个引导程序就叫作Bootloader。
6.1.1 Bootloader介绍
stage1-2：（续）
必须确保所安排的地址范围是真正可读写的ram空间 ，所以要对这个地址范围进行测试：
1. 2.
先保存内存页开始两个字节的内容 向这两个字节写入0x55aa，再立刻读回比较，如 不一致，说明这个内存页不是有效的ram。 向这两个字节写入0xaa55，再立刻读回比较，如 不一致，说明这个内存页不是有效的ram。 恢复这两个字节最初的内容。
3.
4.
如果通过了上述测试，为了得到一段干净的内存， 也可以对整个内存空间进行清0操作
stage1-3：复制stage2到内存
复制时要确定两点： 1. stage2的可执行映象在固态存储设备的存放起 始地址和终止地址。 2. 为stage2所安排的ram空间的起始地址。
stage1-4：设置堆栈指针sp
BootLoader体系结构
嵌入式系统的软件体系结构：
6.1.2 BootLoader特点
Boot Loader独立于操作系统，必须由用户自己设 计，linux的发行包中不包含Boot Loader，但用户 可以直接使用或参考一些开源的Boot Loader软件 工程来编制自己的Boot Loader。 BootLoader的实现高度依赖于硬件，包括处理器的 体系结构、具体型号、硬件电路板的设计。 Bootloader不仅依赖于CPU的体系结构，而且依赖 于嵌入式系统板级设备的配置。即使用同一处理 器的不同板子，也需要修改Bootloader的源程序
由于Boot Loader的实现依赖于CPU的体系结构、 目标板硬件电路设计，因此大多数Boot Loader都 分为两个阶段。 依赖于CPU的代码，例如设备初始化等放在stage1 中，这部分代码通常用汇编来编写，以达到短小 精悍的目的。 而stage2通常用C编写，以实现更复杂的功能，而 且可以提高代码的可移植性。
stage1-2：为加载stage2准备ram
为了获得较快的执行速度，通常都把stage2加载到 内存中运行，所以必须为stage2准备一块可用的 ram空间。 stage2通常是C代码，所以除了stage2本身的映象外 ，还需要为stage2准备一块堆栈空间。一般来说， 把stage2安排到内存顶端的1M空间范围内。
堆栈指针的设置是为C代码的执行做好准备。通 常把sp的值设置为stage2_end－4，也就是第2步 安排的1M空间的最顶部。(堆栈向下生长) 设置堆栈前，可先关掉led灯，以提示用户即将 跳转到stage2。
stage1-5：跳转到stage2的C入口
一切就绪后， 可以通过修改 pc寄存器的值 来跳转到 stage2执行。Loader（续）
3）Blob：LART硬件计划采用的BootLoader。因为它的采用 ，Blob被移植到许多使用ARM的系统，使用非常广泛。 Blob不提供监控程序的能力。 4）RedBoot：Red Hat的下一代Boot Loader。 5）U-Boot：公认的功能最多、最具弹性以及开发最积极的 开放源码BootLoader，受到各种支持者的支持。U-Boot以 PPCBoot和ARMBoot为基础，大约支持100种PPC电路和十 几种ARM电路
系统引导程序通常称为Boot Loader，是在系统复位后执行 的第一段代码，相当于PC上的BIOS以及商业实时操作系 统中的板级支持包BSP。也是在操作系统运行之前执行的 一段小程序。通过这段小程序，可以初始化硬件设备、建 立内存空间的映射表，从而建立适当的系统软硬件环境， 为最终调用操作系统内核做好准备 Boot Loader首先完成系统硬件的初始化，包括时钟的设置 、存储区的映射等，设置堆栈指针等；然后把操作系统内 核从flash区拷贝到ram区，并跳转到内核的入口，将系统控 制权交给操作系统，在此之后系统的运行和Boot Loader 再 无任何关系。
stage2-3：加载内核映象和根文件系统
规划内存布局 从MEM_START+0x8000处开始的1M空间内存放内核 。（前32k用来存放启动参数，内核页表等数据）； 从MEM_START+0x8000+1M处开始存放根文件系统。 从flash中拷贝相关内容到内存ram。
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常见BootLoader
Bootloader:引导设备并执行主程序的固件 Monitor:提供更多命令接口，可调试、读写内存、烧写 Flash、配置环境变量等。 常用Bootloader： 1）LILO：Linux Loader简称，是Linux 诞生之日起一直使用 的Boot Loader，现在由John Coffman维护，有详细的文档 。在可以获得最新版本。 2）GRUB：GRand Unified BootLoader，是GNU计划的主要 Boot Loader。
stage1为stage2准备的 ram地址范围：1M … 空白 文件系统 空白 内核映象 空白 Bootloader的stage2：64k Bootloader的stage1：1k 64k 1k 0x00000000 堆栈指针： Stage2_end-4 Stage2_start
ram rom
stage2：两个问题 stage2是用C语言编写，但是在编译和链接时， 不能使用glibc库中的任何函数。 直接把main作为stage2的入口：无法通过main() 函数传递函数参数、无法处理main()返回。 解决方法：编写一段汇编小程序 trampoline，从其中跳转到main，main返回 时返回到trampoline中。也即用trampoline小 程序对main()函数做了一个外部的包装。
6.1.3 Bootloader的启动 Linux系统是通过Bootloader引导启动 系统加电后，所有CPU都会从某个地址执行，因 此，必须把Bootloader程序存储在相应的Flash位置 主机和目标机之间是串口连接， Bootloader软件会 通过串口来输入输出。 Boot Loader启动分为单阶段和多阶段两类，从固 态存储器Flash启动的Bootloader多数是两阶段的启 动过程，具体分为stage1和stage2。
以国家精品课程《智能控制基础》双语教学为 平台，培养工科学生创新实践能力
第六章：Bootloader
汇报人：师黎
讲课人：罗勇
本章介绍了Bootloader的概念和类型，重点讲解了 U-Boot 的 开 发 调 试 和 使 用 。 通 过 学 习 U-Boot 软 件，可以使读者充分理解Bootloader的工作原理和 代码实现。
stage1包含的步骤
硬件设备初始化； 为加载Boot Loader的stage2准备内存ram空间； 复制Boot Loader的stage2到ram中; 设置好堆栈； 跳转到stage2的入口；
stage2包含的步骤
初始化本阶段要使用的硬件设备 检测系统内存映射（Memory Map） 将kernel映象和根文件系统从flash读到ram空间中 为内核设置启动参数 调用内核
stage2-2：检测系统内存映射 ARM处理器有4G内存空间寻址能力，而2440最 多可以使用64M内存。但是这64M内存不一定全 被使用了，所以要检测哪些内存段是真正的ram 空间。 stage2必须检测CPU预留的全部ram地址空间中， 哪些被真正映射到ram地址单元，而哪些处于未 被使用状态。
常见BootLoader（续）
vivi是由韩国mizi公司为ARM处理器系列设计的一个 BootLoader，目前只支持使用串口和主机通信，所 以您必须使用一条串口电缆来连接目标板和主机。 作用如下： 检测目标机； 初始化硬件； 把操作系统内核从Flash复制到RAM，然后启动它
6.2 BootLoader框架
stage1-1：基本的硬件初始化
这是Bootloader一开始就要执行的操作，其目的是为 stage2和随后的kernel的执行准备好基本的硬件环境 具体包括： 屏蔽所有中断：处理中断是OS和drivers的责任。 设置CPU的速度和时钟频率。 RAM初始化：包括设置系统和内存的控制寄存器 初始化LED：通过GPIO驱动led提供系统信息。 关闭CPU内部的指令cache和数据cache