摘要：嵌入式系统一般没有通用的bootloader,U-BOOT是功能强大的bootloader开发软件，但相对也比较复杂。文中对u-boot的启动流程作了介绍，详细给出了u-boot在S3C44B0开发板上的移植方法和步骤。
关键词：bootloader；u-boot；嵌入式系统；移植；S3C44B0
１ Bootloader及u-boot简介
Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ 代码是芯片复位后进入操作系统之前执行的一段代码，主要用于完成由硬件启动到操作系统启动的过渡，从而为操作系统提供基本的运行环境，如初始化ＣＰＵ、 堆栈、存储器系统等。Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ 代码与ＣＰＵ 芯片的内核结构、具体型号、应用系统的配置及使用的操作系统等因素有关，其功能类似于ＰＣ机的ＢＩＯＳ程序。由于ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ和ＣＰＵ及电路板的配置情况
ｕ－ｂｏｏｔ是ｓｏｕｒｃｅｆｏｒｇｅ网站上的一个开放源代码的项目。它可对 ＰｏｗｅｒＰＣＭＰＣ５ｘｘ、ＭＰＣ８ｘｘ、ＭＰＣ８２ｘｘ、 ＭＰＣ７ｘｘ、ＭＰＣ７４ｘｘ、ＡＲＭ（ＡＲＭ７、ＡＲＭ９、ＳｔｒｏｎｇＡＲＭ、Ｘｓｃａｌｅ）、ＭＩＰＳ（４ｋｃ、５ｋｃ）、Ｘ８６等处理器提供支持，支持的嵌入式操作系统有Ｌｉｎｕｘ、Ｖｘ-Ｗｏｒｋｓ、ＮｅｔＢＳＤ、ＱＮＸ、ＲＴＥＭＳ、ＡＲＴＯＳ、ＬｙｎｘＯＳ等，主要用来开发嵌入式系统初始化代码ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ。软件的主站点是ｈｔｔｐ／／ｓｏｕｒｃｅｆｏｒｇｅ．ｎｅｔ／ｐｒｏｊｅｃｔｓ／ ｕ－ｂｏｏｔ。ｕ－ｂｏｏｔ 最初是由ｄｅｎｘｗｗｗ．ｄｅｎｘ．ｄｅ的ＰＰＣ-ｂｏｏｔ发展而来的，它对ＰｏｗｅｒＰＣ系列处理器的支持最完善，对Ｌｉｎｕｘ 操作系统的支持最好。源代码开放的ｕ－ｂｏｏｔ软件项目经常更新，是学习硬件底层代码开发的很好样例。
２ u-boot系统启动流程
大多数ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ都分为ｓｔａｇｅ１和ｓｔａｇｅ２两大部分，ｕ－ｂｏｏｔ也不例外。依赖于ＣＰＵ体系结构的代码（如设备初始化代码等）通常都放在ｓｔａｇｅ１且可以用汇编语言来实现，而ｓｔａｇｅ２则通常用Ｃ语言来实现，这样可以实现复杂的功能，而且有更好的可读性和移植性。
２．１ ｓｔａｇｅ１ (ｓｔａｒｔ．ｓ代码结构)
ｕ－ｂｏｏｔ的ｓｔａｇｅ１代码通常放在ｓｔａｒｔ．ｓ文件中，它用汇编语言写成，其主要代码部分如下：
（１） 定义入口 。由于一个可执行的Ｉｍａｇｅ必须有一个入口点，并且只能有一个全局入口，通常这个入口放在ＲＯＭ(Ｆｌａｓｈ)的０ｘ０地址，因此，必须通知编译器以使其知道这个入口，该工作可通过修改连接器脚本来完成。
（２）设置异常向量(Ｅｘｃｅｐｔｉｏｎ Ｖｅｃｔｏｒ)。
（３）设置ＣＰＵ的速度、时钟频率及中断控制寄存器。
（４）初始化内存控制器 。
（５）将ＲＯＭ中的程序复制到ＲＡＭ中。
（６）初始化堆栈 。
２．２ ｓｔａｇｅ２Ｃ语言代码部分
ｌｉｂ ａｒｍ／ｂｏａｒｄ．ｃ中的ｓｔａｒｔ ａｒｍｂｏｏｔ是Ｃ语言开始的函数，也是整个启动代码中Ｃ语言的主函数，同时还是整个ｕ－ｂｏｏｔ（ａｒｍｂｏｏｔ）的主函数，该函数主要完成如下操作：
（１）调用一系列的初始化函数。
（２）初始化Ｆｌａｓｈ设备。
（３）初始化系统内存分配函数。
（４）如果目标系统拥有ＮＡＮＤ设备，则初始化ＮＡＮＤ设备。
（５）如果目标系统有显示设备，则初始化该类设备。
&n
（７）进入命令循环（即整个ｂｏｏｔ的工作循环），接受用户从串口输入的命令，然后进行相应的工作。
３ 移植实例
本系统开发板主要由Ｓ３Ｃ４４Ｂ０Ｘ嵌入式微处理器、２ＭＢ的Ｆｌａｓｈ （ＳＳＴ３９ＶＦ１６０）、８ＭＢ的ＳＤＲＡＭ(ＨＹ５７Ｖ６４１６２０)、４个ＬＥＤ以及ＡＲＭ ＪＴＡＧ接口组成。该开发板上与Ｓ３Ｃ４４Ｂ０Ｘ相关部分的功能框图如图１所示。
３．１ ｕ－ｂｏｏｔ文件下载
ｕ－ｂｏｏｔ文件的下载有两种方法,第一种是在Ｌｉｎｕｘ环境下通过ＣＶＳ下载最新的文件，方法是：
＄ｃｖｓ－ｄｐｓｅｒｖｅｒａｎｏｎｙｍｏｕｓ＠ｃｖｓ．ｓｏｕｒｃｅｆｏｒｇｅ． ｎｅｔ／ｃｖｓｒｏｏｔ／ｕ－ｂｏｏｔ ｌｏｇｉｎ
当要求输入匿名登录的密码时，可直接按回车键
＄ｃｖｓ－ｚ６－ｄｐｓｅｒｖｅｒａｎｏｎｙｍｏｕｓ＠ｃｖｓ．ｓｏｕｒｃｅ ｆｏｒｇｅ．ｎｅｔ／ｃｖｓｒｏｏｔ／ｕ－ｂｏｏｔ＼ｃｏ．Ｐ ｍｏｄｕｌｅｎａｍｅ
第二种是通过ｆｔｐ／／ｆｔｐ．ｄｅｎｘ．ｄｅ／ｐｕｂ／ｕ－ｂｏｏｔ／ 下载正式发布的压缩文件。
３．２ ｕ－ｂｏｏｔ文件的结构
初次下载的文件有很多，解压后存放在ｕ－ｂｏｏｔ文件目录下，具体内容已在ｒｅａｄｍｅ文件中做了详细的介绍，其中与移植相关的主要文件夹有：
（１）ＣＰＵ它的每个子文件夹里都有如下文件：
ｍａｋｅｆｉｌｅ
ｃｏｎｆｉｇ．ｍｋ
ｃｐｕ．ｃ 和处理器相关的代码
ｉｎｔｅｒｒｕｐｔｓ．ｃ 中断处理代码
ｓｅｒｉａｌ．ｃ 串口初始化代码
ｓｔａｒｔ．ｓ 全局开始启动代码
（２）ＢＯＡＲＤ它的每个子文件夹里都有如下文件：
ｍａｋｅｆｉｌｅ
&nbs
ｓｍｄｋ２４１０．ｃ 和板子相关的代码（以ｓｍｄｋ２４１０为例）
ｆｌａｓｈ．ｃ Ｆｌａｓｈ操作代码
ｍｅｍｓｅｔｕｐ．ｓ 初始化ＳＤＲＡＭ代码
ｕ－ｂｏｏｔ．ｌｄｓ 对应的连接文件
（３）ｌｉｂ ａｒｍ体系结构下的相关实现代码，比如ｍｅｍｃｐｙ等的汇编语言的优化实现。
３．３ 交叉编译环境的建立
要得到下载到目标板的ｕ－ｂｏｏｔ二进制启动代码，还需要对下载的ｕ－ｂｏｏｔ１．１．１进行编译。ｕ－ｂｏｏｔ的编译一般在Ｌｉｎｕｘ系统下进行，可用ＡＲＭ－Ｌ
（１）在ｈｔｔｐ／／ｈａｎｄｈｅｌｄｓ．ｏｒｇ／ｄｏｗｎｌｏａｄ／ｔｏｏｌｃｈａｉｎ下载 ａｒｍ－Ｌｉｎｕｘ－ｇｃｃ－３．３．２．ｔａｒ．ｂｚ２
（２）以用户名ｒｏｏｔ登录，将ａｒｍ－ｌｉｎｕｘ－ｇｃｃ－３．３．２．ｔａｒ．ｂｚ２ 解压到 ／ｒｏｏｔ目录下＃ ｔａｒ ｊｘｖｆ ａｒｍ－ｌｉｎｕｘ－ｇｃｃ－３．３．２．ｔａｒ．ｂｚ２
（３）在ｈｔｔｐ／／ｈａｎｄｈｅｌｄｓ．ｏｒｇ／ｄｏｗｎｌｏａｄ／ｔｏｏｌｃｈａｉｎ下载 ａｒｍ－ｌｉｎｕｘ－ｔｏｏｌｃｈａｉｎ－ｐｏｓｔ－２．２．１３．ｔａｒ．ｇｚ 只是用了它的头文件而已，主要来自内核／ｌｉｎｕｘ－ｘ．ｘ／ｉｎｃｌｕｄｅ下
（４）将ａｒｍ－ｌｉｎｕｘ－ｔｏｏｌｃｈａｉｎ－ｐｏｓｔ－２．２． １３．ｔａｒ．ｇｚ 解压到 ／ｓｋｉｆｆ／ｌｏｃａｌ／ 下＃ ｔａｒ ｚｘｖｆ ａｒｍ－ｌｉｎｕｘ－ｔｏｏｌｃｈａｉｎ－ｐｏｓｔ－２．２．１３．ｔａｒ．ｇｚ
（５）拷贝头文件到／ｒｏｏｔ／ｕｓｒ／３．３．２／ａｒｍ－ｌｉｎｕｘ／ 下然后删除 ／ｓｋｉｆｆ＃ ｃｐ －ｄＲ ／ｓｋｉｆｆ／ｌｏｃａｌ／ａｒｍ－ｌｉｎｕｘ／ｉｎｃｌｕｄｅ ／ｒｏｏｔ／ｕｓｒ／３．３．２／ａｒｍ－ｌｉｎｕｘ＃ ｒｍ －ｆｒ ／ｓｋｉｆｆ
这样就建立了ａｒｍ ｌｉｎｕｘ 交叉编译环境。
（６）增加／ｒｏｏｔ／ｕｓｒ／ｌｏｃａｌ／ａｒｍ／３．３．２／ｂｉｎ到路径环境变量
ｐａｔｈ＝＄ｐａｔｈ：／ｒｏｏｔ／ｕｓｒ／ｌｏｃａｌ／ａｒｍ／３．３．２／ｂｉｎ 可以检查路径变量是否设置正确。＃ ｅｃｈｏ ＄ｐａｔｈ
３．４ 移植的预先编译
移植ｕ－ｂｏｏｔ到新的开发板上仅需要修改与硬件相关的部分即可。主要包括两个层面的移植，第一层是针对ＣＰＵ的移植，第二层是针对ＢＯＡＲＤ的移植。由于ｕ－ｂｏｏｔ １．１．１里面已经包含Ｓ３Ｃ４４Ｂ０的移植，所以笔者对板子ｍｙｂｏａｒｄ的移植主要是针对ＢＯＡＲＤ的移植。移植之前需要仔细阅读ｕ－ｂｏｏｔ目录下的ｒｅａｄｍｅ文件，其中对如何移植做了简要的介绍。为了减少移植的工作量，可以在ｉｎｃｌｕｄｅ／ｃｏｎｆｉｇ目录下选一个和要移植的硬件相似的开发板，笔者选的是ｂ２开发板。具体步骤如下：
（１）ｕ－ｂｏｏｔ １．１．１ 下的ＣＰＵ文件夹里已经包括了Ｓ３Ｃ４４Ｂ０的目录，其下已经有ｓｔａｒｔ．ｓｉｎｔｅｒｒｕｐｔｓ．ｃ以及 ｃｐｕ．ｃｓｅｒｉａｌ．ｃ几个文件，因而不需要建立与ＣＰＵ相关的目录。
（２）在ｂｏａｒｄ目录 下创建ｍｙｂｏａｒｄ目录以及ｍｙ-ｂｏａｒｄ．ｃ、ｆｌａｓｈ．ｃ、ｍｅｍｓｅｔｕｐ．ｓ和ｕ－ｂｏｏｔ．ｌｄｓ 等文件。不需要从零开始创建，只需选择一个相似的目录直接复制过来，然后修改文件名及内容即可。笔者在移植ｕ－ｂｏｏｔ过程中选择的是ｕ－ｂｏｏｔ １．１．１／ｂｏａｒｄ／ｄａｖｅ／Ｂ２目录。
（３）在ｉｎｃｌｕｄｅ／ｃｏｎｆｉｇｓ目录下添加ｍｙｂｏａｒｄ．ｈ，在这里可放入全局的宏定义等也不需要从头创建，可以在ｉｎｃｌｕｄｅ／ｃｏｎｆｉｇｓ目录下寻找相似的ＣＰＵ的头文件进行复制，这里笔者用的是Ｂ２．ｈ文件来进行相关的修改。
（４） 对ｕ－ｂｏｏｔ根目录下的ｍａｋｅｆｉｌｅ文件进行修改，加入
ｍｙｂｏａｒｄ_ｃｏｎｆｉｇ : ｕｎｃｏｎｆｉｇ
＠．／ｍｋｃｏｎｆｉｇ ＄(＠:_ｃｏｎｆｉｇ＝）ａｒｍ Ｓ３Ｃ４４Ｂ０ ｍｙｂｏａｒｄ
（５） 修改ｕ－ｂｏｏｔ根目录下的ｍａｋｅｆ
（６）运行ｍａｋｅ ｃｌｏｂｂｅｒ，删除错误的ｄｅｐｅｎｄ文件。
（７）运行ｍａｋｅ ｍｙｂｏａｒｄ ｃｏｎｆｉｇ。
（８）执行到此处即表示整个软件的ｍａｋｅｆｉｌｅ已建立，这时可修改生成的ｍａｋｅｆｉｌｅ中的交叉编译选项，然后打开ｍａｋｅｆｉｌｅ 文件，并找到其中的语句：
ｉｆｅｑ(＄(ＡＲＣＨ),ａｒｍ)
ＣＲＯＳＳ_ＣＯＭＰＩＬＥ＝ａｒｍ－ｌｉｎｕｘ－
ｅｎｄ ｉｆ
接着将其改成
ｉｆｅｑ(＄(ＡＲＣＨ),ａｒｍ)
ＣＲＯＳＳ ＣＯＭＰＩＬＥ＝／ｒｏｏｔ／ｕｓｒ／ｌｏｃａｌ／３．３．２／ｂｉｎ／ａｒｍ－ｌｉｎｕｘ－
ｅｎｄ ｉｆ
这一步和上面的设置环境变量只要有一个就可以了。
执行ｍａｋｅ，报告有一个错误，修改ｍｙｂｏａｒｄ／ｆｌａｓｈ．ｃ中的＃ｉｎｃｌｕｄｅ ″．．／ｃｏｍｍｏｎ／ｆｌａｓｈ．ｃ＂为＂ｕ－ｂｏｏｔ／ｂｏａｒｄ／ｄａｖｅ／ｃｏｍｍｏｎ／ｆｌａｓｈ．ｃ″,重新编译即可通过。
４ 移植时的具体修改要点
若预先编译没有错误就可以开始硬件相关代码的移植，首先必须要对移植的硬件有清楚地了解，如ＣＰＵ、ＣＰＵ的控制寄存器及启动各阶段程序在ＦｌａｓｈＳＤＲＡＭ中的布局等。
笔者在移植过程中先修改／ｉｎｃｌｕｄｅ／ｃｏｎｆｉｇ ／ｍｙ-ｂｏａｒｄ．ｈ头文件中的大部分参数（大部分的宏定义都在这里设置），然后按照ｕ－ｂｏｏｔ的启动流程逐步修改。修改时应熟悉ＡＲＭ汇编语言和Ｃ语言，同时也应对ｕ－ｂｏｏｔ启动流程代码有深入的了解。Ｂ２板的ＣＰＵ频率为７５ＭＨｚ、Ｆｌａｓｈ为４Ｍｂｉｔ、ＳＤＲＡＭ为１６Ｍｂｉｔ、串口波特率为１１５２００ｂｉｔ／ｓ、环境变量放在ＥＥＰＲＯＭ中。根据两个开发板的不同，需要修改的有：ＣＰＵ的频率、Ｆｌａｓｈ和ＳＤＲＡＭ容量的大小、环境变量的位置等。由于参考板已经有了大部分的代码，因此只需要针对ｍｙｂｏａｒｄ进行相应的修改就可以了。与之相关的文件有／ｉｎｃｌｕｄｅ／ｃｏｎｆｉｇ ／ｍｙｂｏａｒｄ．ｈ（大部分的宏定义都在这里设置）、／ｂｏａｒｄ／ｍｙｂｏａｒｄ／ｆｌａｓｈ．ｃＦｌａｓｈ的驱动序、／ｂｏａｒｄ／ｍｙｂｏａｒｄ ／ｍｙｂｏａｒｄ．ｃ（ＳＤＲＡＭ的驱动程序）、／ＣＰＵ／Ｓ３Ｃ４４Ｂ０／ｓｅｒｉａｌ．ｃ（串口的驱动使能部分）等。
／ｉｎｃｌｕｄｅ／ｃｏｎｆｉｇ ／ｍｙｂｏａｒｄ．ｈ是全局宏定义的地方，主要的修改有：
将＃ｄｅｆｉｎｅ ＣＯＮＦＩＧ Ｓ３Ｃ４４Ｂ０ ＣＬＯＣＫ ＳＰＥＥＤ ７５改为
＃ｄｅｆｉｎｅ ＣＯＮＦＩＧ Ｓ３Ｃ４４Ｂ０ ＣＬＯＣＫ ＳＰＥＥＤ ６４；
将
将 ＃ｄｅｆｉｎｅ ＰＨＹＳ ＦＬＡＳＨ ＳＩＺＥ ０ｘ００４０００００ ／＊ ４ ＭＢ＊改为
＃ｄｅｆｉｎｅ ＰＨＹＳ ＦＬＡＳＨ ＳＩＺＥ ０ｘ００２０００００ ／＊ ２ ＭＢ ＊／；
将 ＃ｄｅｆｉｎｅ ＣＦＧ ＭＡＸ ＦＬＡＳＨ ＳＥＣＴ ２５６ ／＊ ｍａｘ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｓｅｃｔｏｒｓ ｏｎ ｏｎｅ ｃｈｉｐ ＊／改为
＃ｄｅｆｉｎｅ ＣＦＧ ＭＡＸ ＦＬＡＳＨ ＳＥＣＴ ３５ ；
将 ＃ｄｅｆｉｎｅ ＣＦＧ ＥＮＶ ＩＳ ＩＮ ＥＥＰＲＯＭ １ ／＊ ｕｓｅ ＥＥＰＲＯＭ ｆｏｒ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｖａｒｓ＊／改为
＃ｄｅｆｉｎｅ ＣＦＧ ＥＮＶ ＩＳ
其它（如堆栈的大小等）可根据需要修改。
由于Ｆｌａｓｈ、ＳＤＲＡＭ的容量会发生变化，故应对启动阶段程序在Ｆｌａｓｈ、ＳＤＲＡＭ中的位置重新作出安排。笔者将Ｆｌａｓｈ中的ｕ－ｂｏｏｔ代码放在０ｘ０开始的地方，而将复制到ＳＤＲＡＭ中的ｕ－ｂｏｏｔ代码安排在０ｘｃ７０００００开始的地方。
Ｆｌａｓｈ的修改不仅和容量有关，还和具体型号有关，Ｆｌａｓｈ存储器的烧写和擦除一般不具有通用性，应查看厂家的使用说明书，针对不同型号的存储器作出相应的修改。修改过程中，需要了解Ｆｌａｓｈ擦写特定寄存器的写入地址、数据命令以及扇区的大小和位置，以便进行正确的设置。
ＳＤＲＡＭ要修改的地方主要是初始化内存控制器部分，由ｓｔａｒｔ．ｓ文件中的 ｃｐｕ ｉｎｉｔ ｃｒｉｔ完成ＣＰＵ ｃａｃｈｅ的设置，并由 ｂｏａｒｄ／ｍｙｂｏａｒｄ／ｍｅｍｓｅｔｕｐ．ｓ中的ｍｅｍｓｅｔｕｐ完成初始化ＳＤＲＡＭ。Ｓ３Ｃ４４Ｂ０提供有ＳＤＲＡＭ控制器，与一些ＣＰＵ需要ＵＰＭ表编程相比，它只需进行相关寄存器的设置修改即可，因而降低了开发的难度。
串口波特率不需要修改（都是１１５２００ｂｉｔ／ｓ），直接用Ｂ２板的串口驱动即可。串口的设置主要包括初始化串口部分，值得注意的是：串口的波特率与时钟ＭＣＬＫ有很大关系，详见ＣＰＵ用户手册。
配置好以后，便可以重新编译ｕ－ｂｏｏｔ代码。将得到的ｕ－ｂｏｏｔ．ｂｉｎ通过ＪＴＡＧ口下载到目标板后，如果能从串口输出正确的启动信息，就表明移植基本成功。实际过程中会由于考虑不周而需要多次修改。移植成功后，也可以添加一些其它功能（如ＬＣＤ驱动等），在此基础上添加功能相对比较容易。
５ 结束语
ｕ－ｂｏｏｔ是一个功能强大的ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ开发软件，适用的ＣＰＵ平台及支持的嵌入式操作系统很多。本文是笔者在实际开发过程中根据相关资料进行摸索，并在成功移植了ｕ－ｂｏｏｔ的基础上总结出来的。对于不同的ＣＰＵ和开发板，其基本的方法和步骤是相同的，希望能对相关嵌入式系统的设计人员有所帮助。
