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。