什么是bootlood？Bootloader的操作模式

/ 引言 /

Bootloader是嵌入式系統(tǒng)在加電后執(zhí)行的第一段代碼，在它完成CPU和相關(guān)硬件的初始化之后，再將操作系統(tǒng)映像或固化的嵌入式應(yīng)用程序裝在到內(nèi)存中然后跳轉(zhuǎn)到操作系統(tǒng)所在的空間，啟動(dòng)操作系統(tǒng)運(yùn)行。

對(duì)于嵌入式系統(tǒng)，Bootloader是基于特定硬件平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)的。因此，幾乎不可能為所有的嵌入式系統(tǒng)建立一個(gè)通用的Bootloader，不同的處理器架構(gòu)都有不同的Bootloader。Bootloader不但依賴于CPU的體系結(jié)構(gòu)，而且依賴于嵌入式系統(tǒng)板級(jí)設(shè)備的配置。對(duì)于2塊不同的嵌入式板而言，即使它們使用同一種處理器，要想讓運(yùn)行在一塊板子上的Bootloader程序也能運(yùn)行在另一塊板子上，一般也都需要修改Bootloader的源程序。

反過來，大部分Bootloader仍然具有很多共性，某些Bootloader也能夠支持多種體系結(jié)構(gòu)的嵌入式系統(tǒng)。例如，U-Boot就同時(shí)支持PowerPC、ARM、MIPS和X86等體系結(jié)構(gòu)，支持的板子有上百種。通常，它們都能夠自動(dòng)從存儲(chǔ)介質(zhì)上啟動(dòng)，都能夠引導(dǎo)操作系統(tǒng)啟動(dòng)，并且大部分都可以支持串口和以太網(wǎng)接口。

/ 簡(jiǎn)介 /

通常，BootLoader是嚴(yán)重地依賴于硬件而實(shí)現(xiàn)的，特別是在嵌入式平臺(tái)。因此，在嵌入式平臺(tái)里建立一個(gè)通用的BootLoader幾乎是不可能的。盡管如此，我們?nèi)匀豢梢詫?duì)bootloader歸納出一些通用的概念來，以指導(dǎo)用戶特定的BootLoader設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

在專用的嵌入式板子運(yùn)行GNU/Linux系統(tǒng)已經(jīng)變得越來越流行。一個(gè)嵌入式Linux系統(tǒng)從軟件的角度看通?？梢苑譃樗膫€(gè)層次：

1、 引導(dǎo)加載程序 。包括固化在固件(firmware)中的boot代碼(可選)，和BootLoader兩大部分。

2、Linux內(nèi)核 。特定于嵌入式板子的定制內(nèi)核以及內(nèi)核的啟動(dòng)參數(shù)。

3、 文件系統(tǒng) 。包括根文件系統(tǒng)和建立于Flash內(nèi)存設(shè)備之上文件系統(tǒng)。通常用ramdisk來作為rootfs。

4、 用戶應(yīng)用程序 。特定于用戶的應(yīng)用程序。有時(shí)在用戶應(yīng)用程序和內(nèi)核層之間可能還會(huì)包括一個(gè)嵌入式圖形用戶界面。常用的嵌入式GUI有：MicroWindows和MiniGUI等。

/ 操作模式 /

大多數(shù)Bootloader都包含兩種不同的操作模式：

(1)啟動(dòng)加載模式

在這種模式下，Bootloader從目標(biāo)機(jī)的某個(gè)固態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備上將操作系統(tǒng)加載到RAM中運(yùn)行，整個(gè)過程并沒有用戶的介入。這種模式是Bootloader的正常工作模式，因此在嵌入式產(chǎn)品發(fā)布時(shí)，Bootloader必須工作在這種模式下。

(2)下載模式

在這種模式下，目標(biāo)機(jī)上的Bootloader將通過串口或網(wǎng)絡(luò)等通信手段從開發(fā)主機(jī)(Host)上下載內(nèi)核映像和根文件系統(tǒng)映像等到RAM中，然后可再被Bootloader寫到目標(biāo)機(jī)上的固態(tài)存儲(chǔ)媒質(zhì)中，或者直接進(jìn)行系統(tǒng)的引導(dǎo)。

啟動(dòng)加載模式通常用于第一次燒寫內(nèi)核與根文件系統(tǒng)到固態(tài)存儲(chǔ)媒質(zhì)時(shí)或者以后的系統(tǒng)更新時(shí)使用；下載模式多用于開發(fā)人員在前期開發(fā)的過程中，工作于這種模式下的Bootloader通常都會(huì)向它的終端用戶提供一個(gè)簡(jiǎn)單的命令行接口。

/ 啟動(dòng)過程 /

Bootloader啟動(dòng)大多數(shù)都分為兩個(gè)階段。第一階段主要包含依賴于CPU的體系結(jié)構(gòu)硬件初始化的代碼，通常都用匯編語言來實(shí)現(xiàn)。這個(gè)階段的任務(wù)有：

基本的硬件設(shè)備初始化（屏蔽所有的中斷、關(guān)閉處理器內(nèi)部指令/數(shù)據(jù)Cache等）。

為第二階段準(zhǔn)備RAM空間。

如果是從某個(gè)固態(tài)存儲(chǔ)媒質(zhì)中，則復(fù)制Bootloader的第二階段代碼到RAM 。

設(shè)置堆棧。

在第一階段中為什么要關(guān)閉Cache？通常使用Cache以及寫緩沖是為了提高系統(tǒng)性能，但由于Cache的使用可能改變?cè)L問主存的數(shù)量、類型和時(shí)間，因此Bootloader通常是不需要的。

跳轉(zhuǎn)到第二階段的C程序入口點(diǎn)。

第二階段通常用C語言完成，以便實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的功能，也使程序有更好的可讀性和可移植性。這個(gè)階段的任務(wù)有：

初始化本階段要使用到的硬件設(shè)備。

檢測(cè)系統(tǒng)內(nèi)存映射。

將內(nèi)核映像和根文件系統(tǒng)映像從Flash讀到RAM。

為內(nèi)核設(shè)置啟動(dòng)參數(shù)。

調(diào)用內(nèi)核