對(duì)于嵌入式Linux系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，從開(kāi)機(jī)上電到操作系統(tǒng)啟動(dòng)需要一個(gè)引導(dǎo)過(guò)程，引導(dǎo)過(guò)程體現(xiàn)在引導(dǎo)程序上，而這個(gè)引導(dǎo)程序就叫作Bootloader。

Bootloader的概念與作用

Bootloader 是嵌入式系統(tǒng)的引導(dǎo)加載程序，它是系統(tǒng)上電后運(yùn)行（操作系統(tǒng)運(yùn)行之前）的第一段程序 。通過(guò)這段程序可以初始化硬件設(shè)備、建立內(nèi)存空間的映射表，從而建立系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境，為最終調(diào)用Linux操作系統(tǒng)內(nèi)核做好準(zhǔn)備。在完成對(duì)系統(tǒng)的初始化任務(wù)之后，它會(huì)將非易失性存儲(chǔ)器（通常是Flash）中的內(nèi)核拷貝到RAM中去，然后跳轉(zhuǎn)到內(nèi)核的第一條指令處繼續(xù)執(zhí)行，從而啟動(dòng)Linux內(nèi)核。另外，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(lài)于CPU的體系結(jié)構(gòu)，而且依賴(lài)于嵌入式系統(tǒng)板級(jí)設(shè)備的配置。

Bootloader的種類(lèi)

現(xiàn)在已經(jīng)有各種各樣的Bootloader，種類(lèi)劃分也有多種方式。下面就來(lái)看一下常用的引導(dǎo)加載程序：

ROLO：從ROM引導(dǎo)Linux而不需要BIOS，支持X86架構(gòu)，不支持ARM和PowerPC；

Etherboot：通過(guò)以太網(wǎng)卡啟動(dòng)Linux系統(tǒng)的固件，支持X86架構(gòu)，不支持ARM和PowerPC；

U-boot：通用引導(dǎo)加載程序，支持X86架構(gòu)，并支持ARM和PowerPC；

RedBoot：基于eCos的引導(dǎo)加載程序，支持X86架構(gòu)，并支持ARM和PowerPC；

值得指出的是Redboot，它幾乎能夠支持所有的體系結(jié)構(gòu)，包括MIPS、SH、M68K等體系結(jié)構(gòu)。Redboot是以eCos為基礎(chǔ)，采用GPL許可的開(kāi)源軟件工程。

Bootloader的啟動(dòng)流程

Bootloader的實(shí)現(xiàn)依賴(lài)于CPU的體系結(jié)構(gòu)，因此大多數(shù)的bootloader一般都是分為兩個(gè)階段的，第一個(gè)階段使用匯編來(lái)實(shí)現(xiàn)，它完成一些依賴(lài)于CPU體系結(jié)構(gòu)的初始化，并調(diào)用第二階段的代碼；第二階段則通常使用C語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣可以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的功能，而且代碼會(huì)有更好的可讀性和移植性。

Bootloader的第一階段

主要包含以下步驟：

1、一些基本的硬件初始化工作 ：主要設(shè)置CPU的速度和時(shí)鐘頻率、屏蔽所有中斷和清除指令與數(shù)據(jù)緩存

2、準(zhǔn)備RAM空間：所謂準(zhǔn)備RAM空間，就是初始化內(nèi)存芯片，使它可被用

3、設(shè)置好堆棧：設(shè)置堆棧指針是為執(zhí)行C語(yǔ)言代碼做準(zhǔn)備，棧的設(shè)置靈活性很大，只要讓sp寄存器指向一段沒(méi)有使用的內(nèi)存即可

4、跳轉(zhuǎn)到第二階段的C入口點(diǎn)：在ARM中，通過(guò)修改PC寄存器為相應(yīng)的地址來(lái)實(shí)現(xiàn)

Bootloader的第二階段

主要包含以下步驟：

1、初始化本階段要使用到的硬件設(shè)備：最重要的是設(shè)置系統(tǒng)時(shí)鐘和初始化串口

2、檢查系統(tǒng)內(nèi)存映射

3、將內(nèi)核映像和根文件系統(tǒng)從Flash上讀到RAM空間中：對(duì)于內(nèi)核映像，一般將其拷貝到從0x30008000這個(gè)基地址開(kāi)始的大約1MB大小的內(nèi)存范圍內(nèi)(嵌入式 Linux 的內(nèi)核一般都不操過(guò) 1MB)，在這一區(qū)域前空出來(lái)的32KB內(nèi)存是為了放置一些全局?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

4、為內(nèi)核設(shè)置啟動(dòng)參數(shù)

5、調(diào)用內(nèi)核：BootLoader調(diào)用Linux內(nèi)核的方法是直接跳轉(zhuǎn)到內(nèi)核的第 一條指令處，在跳轉(zhuǎn)時(shí)，下列條件要滿(mǎn)足： CPU 寄存器的設(shè)置： R0=0; R1=機(jī)器類(lèi)型 ID; R2=啟動(dòng)參數(shù)標(biāo)記列表在 RAM 中 起始基地址； CPU模式： 必須禁止中斷；CPU必須為SVC模式； Cache 和 MMU 的設(shè)置： MMU 必須關(guān)閉； 指令 Cache 可以打開(kāi)也可以關(guān)閉； 數(shù)據(jù) Cache 必須關(guān)閉

結(jié)語(yǔ)

嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程除了涉及軟件和硬件，同時(shí)還需要結(jié)合上層應(yīng)用綜合考慮，而其中成本約束又是最關(guān)鍵的因素之一，嵌入式系統(tǒng)的硬件平臺(tái)通常是根據(jù)應(yīng)用量身定制，通常所用的MPU、存儲(chǔ)器、外圍設(shè)備等有多種選擇余地，使系統(tǒng)的引導(dǎo)加載設(shè)計(jì)變得十分復(fù)雜，如果我們從零開(kāi)始實(shí)現(xiàn)的話(huà)是非常困難且低效率的，正確的做法應(yīng)該是從相關(guān)的例程中尋找與硬件平臺(tái)最接近的作為參考程序，然后根據(jù)硬件平臺(tái)作相應(yīng)的修改。