基于ARM嵌入式开发的BootLoader设计与实现
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Ａ ＲＭ 体 系架 构 ￥ ３ Ｃ ２ ４ １ ０ 芯 片中Ｂ ｏ ｏ ｔ Ｌ ｏ ａ ｄ ｅ ｒ 的 具 体 开发 过 程 与 实例 对 系统 引 导 程 序 作 出 深入 剖 析 ， 测 试 结 果 表 明 该 设 计 具有 良好 的稳定性和 高效性。 关键词 ： 嵌入式开发 ； ｂ ｏ ｏ ｔ ｌ ｏ ｏ ｄ ｅ ｒ ； 引 导加 载程 序
Ｃ ｏ ｍ ｐ ｕ ｔ ｅ ｒ Ｋ ｎ ｏ ｗ ｌ ｅ ｄ ｇ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ 电脑知识 技术
２ ． ２ Ｂ ｏ ｏ ｔ ｌ ｏ ａ ｄ ｅ ｒ 的 第 一 阶 段
Ｂ ｏ ｏ ｔ ｌ ｏ ａ ｄ ｅ ｒ 第一 阶段 的功能 ：
收稿 日期 ： ２ ０ １ ３ — ０ １ — ０ ９
７ ６ ２ ｎ “ 本栏目责任编 辑 ： 谢媛媛
第１ Ｏ卷第４期 （ ２ ０ １ ４年２月）
Ｓ Ｄ主 机 和 ＭＭＣ 接 口， ２ 路Ｓ Ｐ Ｉ 。￥ ３ Ｃ ２ ４ １ ０ 芯片可运行在 ２ ０ ０ Ｍ Ｈｚ 以上。
２ Ｂ ｏ ｏ ｔ ｌ ｏ ａ ｄ ｅ ｒ 设 计与 实现
通常Ｂ ０ ｏ ｔ ｌ ｏ ａ ｄ ｅ ｒ 的加载有两种方式 ： 第一是通过 Ｎ Ｏ Ｒ Ｆ Ｌ Ａ Ｓ Ｈ启动 ， 其特点是速度快 。Ｃ Ｐ Ｕ可 以像访 问内存 一样直接访 问Ｎ Ｏ Ｒ
Ｖｏ １ ． １ ０ ， Ｎｏ ． ４， Ｆ ｅ ｂ ｒ ｕ ａ ｒ ｙ ２ ０ １ ４
基于 Ａ ＲＭ 嵌 入式 开 发 的 Ｂ ｏ ｏ ｔ Ｌ ｏ ａ ｄ ｅ ｒ 设 计 与 实现
徐 磊
（ 贵州师范大学 数学 与计算机学院 ， 贵州 贵阳 ５ ５ ０ ０ ０ １ ）
摘要： 该 文 简要介 绍 了嵌入 式开发 中引导程 序的 重要 性 。以及嵌入 式 开发 过程 申Ｂ ｏ ｏ ｔ Ｌ ｏ ａ ｄ ｅ ｒ 的 实现原理 ， 并结合基 于
Ｆ Ｌ Ａ Ｓ Ｈ， 但是 Ｎ Ｏ Ｒ Ｆ Ｌ Ａ Ｓ Ｈ价格 昂贵。第二是通 过 Ｎ Ａ Ｎ Ｄ Ｆ Ｌ Ａ Ｓ Ｈ启 动 ， 其 特点是可读 可写 ， Ｎ Ａ ＮＤ Ｆ Ｌ Ａ Ｓ Ｈ速度虽 然慢 ， 但是价格便
宜。
一
般来说 Ｂ ｏ ｏ ｔ ｌ ｏ ａ ｄ ｅ ｒ 的设计 编程 分两个部分 ： 第一部 分通常用汇编实现 ， 主要完成依赖于 Ｃ Ｐ Ｕ体系结构 的初 始化 ， 复制启 动代
Ｉ Ｓ ＳＮ １ ０ Ｏ ９ —３ ０ ４ ４
Ｅ — ｎ ￣ ａ ｉ ｌ ： ｘ ｓ ｊ ｌ ＠ｄ ｎ ｚ ｓ ． ｎ ｅ ｔ ． ｃ ｎ
ｈ ｔ ｔ ｐ ： ／ ／ ｗ ｗｗ ． ｄ ｎ ｚ ｓ ． ｎ ｅ ｔ ． ｃ ｎ
６５ ６ ９０ ９６ ４
Ｃ ｏ ｍ ｐ ｕ ｔ ｅ ｒ Ｋ ｎ ｏ ｗ ｌ ｅ ｄ ｇ ｅａ ｎ ｄＴ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ电脑 知 识 与技术
统， 内核可以任 意剪裁 以及支持硬件种类繁 多。
要把嵌人式 Ｌ Ｉ Ｎ Ｕ Ｘ操作 系统移植 到嵌 入式设备 的裸板上 ， 我们必须 开发 出类似个 人 ｐ ｃ 上的Ｂ Ｉ Ｏ Ｓ 来把ｌ ｉ ｎ ｕ ｘ 操作系统读 到 内 存 中运行 。这个类似 于 Ｂቤተ መጻሕፍቲ ባይዱＩ Ｏ Ｓ 的启动程序就 叫 Ｂ ｏ ｏ ｔ ｌ ｏ ａ ｄ ｅ ｒ ， 其 目的是用于初始化硬件 并且进一步加 载 、 引导嵌 入式操作 系统 体系运 行 。Ｂ ｏ ｏ ｔ ｌ ｏ ａ ｄ ｅ ｒ 功 能是初始化硬件设备 ， 完成处理器 以及 各种设备 的初始化 工作 ； 屏蔽底 层硬件差异 ， 使得上层应用软 件编写和移 植更加方便 ； 调用操 作系统内核 ， 起到引导 和加载 内核 的作用 ； 向内核传递必要 的与硬件相关 的信息 。当内核启动后 ， Ｂ ｏ ｏ ｉ ｆ ｏ ａ ｄ ｅ ｒ 的 使命也就完成 ， 自此嵌入式设 备便进入操 作系统 和应 用程序运 行阶段。
中图分 类号 ： Ｔ Ｐ ３ １ １ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ９ — ３ ０ ４ ４ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ４ — ０ ７ ６ ２ — ０ ３
随着移 动互 联网的发展 ， 嵌入式设 备 已经普及 到社 会 的每个角 落。嵌入式处 理器种类 繁多 ， 有Ａ Ｒ Ｍ、 ＭＩ Ｐ Ｓ ／ Ｐ Ｐ Ｃ等多 种架构 。 其 中３ ２ 位Ａ Ｒ Ｍ嵌入式处理 器具有高性能 、 低功耗 以及价格低廉 的特征 ， 已被 广泛用于 消费 电子品和无线 网络通 信设备上 。 目前 用于嵌入式开发 的操作 系统 多种 多样 ， 如嵌入式 Ｌ ｉ ｎ ｕ ｘ 、 Ｖ ｘ Ｗｏ ｒ ｋ ｓ 、 ｗ ｉ ｎ ｄ ｏ ｗ ｓ Ｃ Ｅ等 。其 中 ， Ｌ ｉ ｎ ｕ ｘ 是 遵循 Ｇ Ｐ Ｌ 协议 的开发 源码 的操作系
１系统硬 件结构
本 系统采用基 于ＡＲ Ｍ架 构的 Ｓ ３ Ｃ ２ ４ １ ０ 开发板为实例 ， 具体讨 论 Ｂ ｏ ｏ ｔ ｌ ｏ ａ ｄ ｅ ｒ 的设计 。
图１
￥ ３ Ｃ ２ ４ １ ０ 芯片是Ａ Ｒ Ｍ公 司的 ３ ２ 位Ａ Ｒ Ｍ９ ２ ０ Ｔ处理 器 核 。￥ ３ Ｃ ２ ４ １ ０处理 器 有 ： 独立 的 １ ６ Ｋ Ｂ指 令 Ｃ ａ ｃ ｈ ｅ 和１ ６ Ｋ Ｂ数 据 Ｃ ａ ｃ ｈ ｅ ， ＭＭＵ， 支持 Ｔ Ｆ Ｔ的 Ｌ Ｃ Ｄ控制器 ， ６ ４ ＭＢ的 Ｎ Ａ Ｎ Ｄ控制器 ， ３ 路Ｕ ＡＲ Ｔ， ４ 路Ｄ ＭＡ， Ｉ ／ Ｏ口， Ｒ Ｔ Ｃ。 触摸屏接 口， ２ 个Ｕ Ｓ Ｂ主机 ， １ 个Ｕ Ｓ Ｂ 设备，
码到Ｓ Ｄ Ｒ Ａ Ｍ后 ， 调用第 二部分代码 ； 第二部 分通常使 用 Ｃ语言来实 现 ， 这样 可 以实现更 复杂的功 能 ， 比如提供 Ｆ Ｔ Ｐ文件传输 等功
能， 最后启动 内核 。
２ ． １ Ｂ ｏ ｏ ｌ ｆ ｏ ａ ｄ ｅ ｒ 的设 计 过 程
Ｂ ｏ ｏ ｔ ｌ ｏ ａ ｄ ｅ ｒ 具体流程见 图２ 。
Ｃ ｏ ｍ ｐ ｕ ｔ ｅ ｒ Ｋ ｎ ｏ ｗ ｌ ｅ ｄ ｇ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ 电脑知识 技术
２ ． ２ Ｂ ｏ ｏ ｔ ｌ ｏ ａ ｄ ｅ ｒ 的 第 一 阶 段
Ｂ ｏ ｏ ｔ ｌ ｏ ａ ｄ ｅ ｒ 第一 阶段 的功能 ：
收稿 日期 ： ２ ０ １ ３ — ０ １ — ０ ９
７ ６ ２ ｎ “ 本栏目责任编 辑 ： 谢媛媛
第１ Ｏ卷第４期 （ ２ ０ １ ４年２月）
Ｓ Ｄ主 机 和 ＭＭＣ 接 口， ２ 路Ｓ Ｐ Ｉ 。￥ ３ Ｃ ２ ４ １ ０ 芯片可运行在 ２ ０ ０ Ｍ Ｈｚ 以上。
２ Ｂ ｏ ｏ ｔ ｌ ｏ ａ ｄ ｅ ｒ 设 计与 实现
通常Ｂ ０ ｏ ｔ ｌ ｏ ａ ｄ ｅ ｒ 的加载有两种方式 ： 第一是通过 Ｎ Ｏ Ｒ Ｆ Ｌ Ａ Ｓ Ｈ启动 ， 其特点是速度快 。Ｃ Ｐ Ｕ可 以像访 问内存 一样直接访 问Ｎ Ｏ Ｒ
Ｖｏ １ ． １ ０ ， Ｎｏ ． ４， Ｆ ｅ ｂ ｒ ｕ ａ ｒ ｙ ２ ０ １ ４
基于 Ａ ＲＭ 嵌 入式 开 发 的 Ｂ ｏ ｏ ｔ Ｌ ｏ ａ ｄ ｅ ｒ 设 计 与 实现
徐 磊
（ 贵州师范大学 数学 与计算机学院 ， 贵州 贵阳 ５ ５ ０ ０ ０ １ ）
摘要： 该 文 简要介 绍 了嵌入 式开发 中引导程 序的 重要 性 。以及嵌入 式 开发 过程 申Ｂ ｏ ｏ ｔ Ｌ ｏ ａ ｄ ｅ ｒ 的 实现原理 ， 并结合基 于
Ｆ Ｌ Ａ Ｓ Ｈ， 但是 Ｎ Ｏ Ｒ Ｆ Ｌ Ａ Ｓ Ｈ价格 昂贵。第二是通 过 Ｎ Ａ Ｎ Ｄ Ｆ Ｌ Ａ Ｓ Ｈ启 动 ， 其 特点是可读 可写 ， Ｎ Ａ ＮＤ Ｆ Ｌ Ａ Ｓ Ｈ速度虽 然慢 ， 但是价格便
宜。
一
般来说 Ｂ ｏ ｏ ｔ ｌ ｏ ａ ｄ ｅ ｒ 的设计 编程 分两个部分 ： 第一部 分通常用汇编实现 ， 主要完成依赖于 Ｃ Ｐ Ｕ体系结构 的初 始化 ， 复制启 动代
Ｉ Ｓ ＳＮ １ ０ Ｏ ９ —３ ０ ４ ４
Ｅ — ｎ ￣ ａ ｉ ｌ ： ｘ ｓ ｊ ｌ ＠ｄ ｎ ｚ ｓ ． ｎ ｅ ｔ ． ｃ ｎ
ｈ ｔ ｔ ｐ ： ／ ／ ｗ ｗｗ ． ｄ ｎ ｚ ｓ ． ｎ ｅ ｔ ． ｃ ｎ
６５ ６ ９０ ９６ ４
Ｃ ｏ ｍ ｐ ｕ ｔ ｅ ｒ Ｋ ｎ ｏ ｗ ｌ ｅ ｄ ｇ ｅａ ｎ ｄＴ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ电脑 知 识 与技术
统， 内核可以任 意剪裁 以及支持硬件种类繁 多。
要把嵌人式 Ｌ Ｉ Ｎ Ｕ Ｘ操作 系统移植 到嵌 入式设备 的裸板上 ， 我们必须 开发 出类似个 人 ｐ ｃ 上的Ｂ Ｉ Ｏ Ｓ 来把ｌ ｉ ｎ ｕ ｘ 操作系统读 到 内 存 中运行 。这个类似 于 Ｂቤተ መጻሕፍቲ ባይዱＩ Ｏ Ｓ 的启动程序就 叫 Ｂ ｏ ｏ ｔ ｌ ｏ ａ ｄ ｅ ｒ ， 其 目的是用于初始化硬件 并且进一步加 载 、 引导嵌 入式操作 系统 体系运 行 。Ｂ ｏ ｏ ｔ ｌ ｏ ａ ｄ ｅ ｒ 功 能是初始化硬件设备 ， 完成处理器 以及 各种设备 的初始化 工作 ； 屏蔽底 层硬件差异 ， 使得上层应用软 件编写和移 植更加方便 ； 调用操 作系统内核 ， 起到引导 和加载 内核 的作用 ； 向内核传递必要 的与硬件相关 的信息 。当内核启动后 ， Ｂ ｏ ｏ ｉ ｆ ｏ ａ ｄ ｅ ｒ 的 使命也就完成 ， 自此嵌入式设 备便进入操 作系统 和应 用程序运 行阶段。
中图分 类号 ： Ｔ Ｐ ３ １ １ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ９ — ３ ０ ４ ４ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ４ — ０ ７ ６ ２ — ０ ３
随着移 动互 联网的发展 ， 嵌入式设 备 已经普及 到社 会 的每个角 落。嵌入式处 理器种类 繁多 ， 有Ａ Ｒ Ｍ、 ＭＩ Ｐ Ｓ ／ Ｐ Ｐ Ｃ等多 种架构 。 其 中３ ２ 位Ａ Ｒ Ｍ嵌入式处理 器具有高性能 、 低功耗 以及价格低廉 的特征 ， 已被 广泛用于 消费 电子品和无线 网络通 信设备上 。 目前 用于嵌入式开发 的操作 系统 多种 多样 ， 如嵌入式 Ｌ ｉ ｎ ｕ ｘ 、 Ｖ ｘ Ｗｏ ｒ ｋ ｓ 、 ｗ ｉ ｎ ｄ ｏ ｗ ｓ Ｃ Ｅ等 。其 中 ， Ｌ ｉ ｎ ｕ ｘ 是 遵循 Ｇ Ｐ Ｌ 协议 的开发 源码 的操作系
１系统硬 件结构
本 系统采用基 于ＡＲ Ｍ架 构的 Ｓ ３ Ｃ ２ ４ １ ０ 开发板为实例 ， 具体讨 论 Ｂ ｏ ｏ ｔ ｌ ｏ ａ ｄ ｅ ｒ 的设计 。
图１
￥ ３ Ｃ ２ ４ １ ０ 芯片是Ａ Ｒ Ｍ公 司的 ３ ２ 位Ａ Ｒ Ｍ９ ２ ０ Ｔ处理 器 核 。￥ ３ Ｃ ２ ４ １ ０处理 器 有 ： 独立 的 １ ６ Ｋ Ｂ指 令 Ｃ ａ ｃ ｈ ｅ 和１ ６ Ｋ Ｂ数 据 Ｃ ａ ｃ ｈ ｅ ， ＭＭＵ， 支持 Ｔ Ｆ Ｔ的 Ｌ Ｃ Ｄ控制器 ， ６ ４ ＭＢ的 Ｎ Ａ Ｎ Ｄ控制器 ， ３ 路Ｕ ＡＲ Ｔ， ４ 路Ｄ ＭＡ， Ｉ ／ Ｏ口， Ｒ Ｔ Ｃ。 触摸屏接 口， ２ 个Ｕ Ｓ Ｂ主机 ， １ 个Ｕ Ｓ Ｂ 设备，
码到Ｓ Ｄ Ｒ Ａ Ｍ后 ， 调用第 二部分代码 ； 第二部 分通常使 用 Ｃ语言来实 现 ， 这样 可 以实现更 复杂的功 能 ， 比如提供 Ｆ Ｔ Ｐ文件传输 等功
能， 最后启动 内核 。
２ ． １ Ｂ ｏ ｏ ｌ ｆ ｏ ａ ｄ ｅ ｒ 的设 计 过 程
Ｂ ｏ ｏ ｔ ｌ ｏ ａ ｄ ｅ ｒ 具体流程见 图２ 。