1 引言

Linux具備良好的裁剪性和移植性，并且開源、資源豐富，已成為嵌入式系統的開發熱點。一個完整的嵌入式Linux系通通常包括Bootloader、內核、文件系統三部分，目標板上電后由Bootloader初始化硬件，引導內核和文件系統來啟動Linux。但由于在嵌入式開發中基于MIPS體系的Bootloader較少，開發者在移植MIPS Bootloader需花費大量精力。結合OCTEON3010（MIPS64）的U-boot移植經驗，分析嵌入式LinuxBootloader的工作原理及功能，設計了一個基于MIPS體系的Bootloader模型。對OCTEON系列的MIPS處理器Bootloader的設計具有參考價值和指導意義。

2 Bootloader原理分析

Bootloader是在運行操作系統內核前所執行的一段小程序。通過執行這段小程序，實現初始化硬件設備、建立內存空間的映射圖，從而為系統的軟硬件環境設置一個合適狀態，以便為最終調用操作系統內核準備好正確環境。

大多數Bootloader包含“啟動加載”和“下載”兩種操作模式。從最終用戶來看，Bootloader就是用來加載操作系統，而無工作模式區別。其中，啟動加載模式是Bootloader從目標機上的某個固態存儲設備將操作系統加載到RAM中運行，整個過程并沒有用戶介入。這種模式是Bootloader的正常工作模式。而在下載模式下，目標機上的Bootloader通過串口連接或網絡連接從主機（Host）下載文件，例如下載內核映像和根文件系統映像等。

由于實現Bootloader依賴CPU的體系結構，因此大多數Bootloader分為stage1和stage2兩部分，并依賴于CPU體系結構的代碼，例如：設備初始化代碼等，通常放在stage1中，一般采用匯編語言。而stage2則通常采用C語言實現復雜功能，而且代碼具有良好的可讀性和移植性。stage1步驟通常包括：硬件設備初始化；為加載Bootloader的stage2準備RAM空間；拷貝Bootloader的stage2到RAM空間中；設置好堆棧；跳轉到stage2的C入口點。Bootloader的stage2步驟通常包括：初始化當前階段使用的硬件設備；檢測系統內存映射；將Kernel映像和根文件系統映像從Flash上讀到RAM空間中；為內核設置啟動參數；調用內核。

3 設計移植

3.1 啟動流程

針對具體的硬件內容，詳細分析U-Boot的啟動流程后，給出啟動流程中需要修改的代碼。

3.2 移植分析

片級移植主要是針對具體CPU初始化代碼的修改，針對對應的MIPS平臺，主要包括：通用寄存器的初始化、CP0的初始化（status，config，watch，count，compare，etc.）、watchdog初始化、Cache初始化、TLB初始化。板級移植包括：串口驅動、Flash讀寫驅動（nor，nand）、HD讀寫驅動、網卡驅動。而功能層擴展可根據需求添加新功能或裁減優化，包括調試功能、啟動功能、下載功能等。

3.3 修改代碼

主要修改的代碼為：makefile添加開發板的編譯支持；Include／configs／myboard.h開發板的定義，啟動參數等；cpu／mips／start.s修改初始化代碼和入口；board／myboard／flash.c對應的Nor Flash驅動；board／myboard／myboard.c對應的板級初始化代碼；board／myboard／lowlevel_init.s初始化硬件的匯編代碼；board／myboard／serial.c串口驅動。

4 OCTEON系列CPU的硬件初始化實例

4.1 開發環境及硬件平臺簡介

采用的是宿主機+目標板的開發模式，宿主機為PC+FC6，目標板的CPU采用基于MIPS64 V2體系結構的處理器OCTEON_CN3010，NOR Flash采用AMD公司8 Mb的AM-29DL640G.SDRAM采用三星公司512 Mb的M378T6553CZ3-CD5（64 Mb×8 bit）。存儲部分的硬件連接如圖1所示。

4.2 具體實現代碼

系統的起始地址統一規定為0xBFC00000，加電后，CPU從該地址開始執行。該地址也就是系統異常處理向量表的第一項（reset）。0xBFC00000處的中斷向量表起始處的跳轉命令，跳到了InitTLBStart中，完成了系統的大部分初始化，例如設置寄存器、CPU、SDRAM、Flash等。以下為具體程序代碼：

系統完成初始化后，跳轉到board.c。在board.c中的checkboard（）函數將進一步設置CPU、SDRAM、Cache、串口等，并將硬件初始化代碼從Flash拷貝到SDRAM中繼續運行，最后調用main_loop（）函數，進入Bootloader的第一個c函數-main_loop（）函數，在這個函數中將初始化硬件平臺相關的參數、模塊，并優化參數，設置loader參數等硬件初始化。

4.3 Bootloader的燒錄和啟動

使用Flash燒錄器把生成的u-boot.Bin文件燒錄到flash后，將其放人目標板的Flash槽。目標板通電后，串口輸出數據。至此，Bootloader被成功移植。

5 結語

通過分析引導轉載系統在嵌入式Linux系統中的工作原理及功能，結合移植經驗，設計了一個基于MIPS體系的引導裝載系統模型，并給出了OCTEON初始化實例。本引導裝載系統已應用于目標板中，達到了預期要求效果，由此證明這種引導裝載系統的模型可行，將對OCTEON系列的MIPS處理器Bootloader的設計有一定參考價值和指導意義。