引言
引导装载程序(BootLoader)通常是在硬件上执行的第一段代码。虽然目前在Linux开源社区里有大量的引导装载程序，但是对于很多嵌入式设备上的应用来说，这些引导装载程序都显得过于复杂和冗长。为此，本文专门针对PowerPC E300系列处理芯片，设计了一款小型BootLoader程序，并命名为Genesis。该程序结构简单、功能完善，能很好地引导Linux内核以及文件系统。
环境要求及系统映像
硬件环境
本文中开发的硬件环境如下：处理器采用MPC83xx系列;内存采用512M的DDR2内存;闪存采用8MB的闪存;串口采用uart16550;波特率采用115200。
编译环境
程序在mvl-linux、linux-kernal-2.6.10和gcc编译器环境下编译。
系统文件存放映像
Genesis程序存放在一块闪存里面。对于小型的Linux系统，包括内核和文件系统都和装载引导程序BootLoader一起编译产生二进制文件，最后存放在闪存中，在上电之后搬移到内存执行。图1就是编译产生的系统文件代码在闪存中以及搬移到内存以后的
图1 系统文件映像
Genesis的实现
Genesis的主体结构
功能完善的引导装载程序BootLoader必须经过以下几个步骤，即：初始化CPU;初始化内存，包括启用内存库、初始化内存配置寄存器等;初始化串行端口(如果在目标板上有的话);启用指令/数据高速缓存;设置堆栈指针;设置参数区域并构造参数结构和标记(这是重要的一步，因为内核在标识根设备、页面大小、内存大小以及更多内容时要使用引导参数);打开/关闭看门狗;调用主体入口函数;跳转到内核的开始。
程序模型的建立
根据Genesis的主体架构，本文在程序体内分别建立了几个最为重要的code程序：entry.S;board.c;cpu.c;console.c;main.c。这些程序的执行顺序如图2所示。
图2 程序执行顺序示意图
程序设计
这里，entry.S是程序的入口。entry.S中的代码全部是汇编指令。整个程序都围绕这些汇编代码展开。
cpu.c的功能是初始化CPU内核，CPU主要控制器以及系统时钟控制器;board.c主要是初始化跟目标板密切相关的外围设备，包括闪存、CPLD以及系统内存等;console.c是目标板的串口初始化程序，它对CPU的串口进行初始化，并配置串口的速率;main.c的功能就是引导Linux内核以及文件系统。
当CPU上电或者施加复位信号时，CPU通过读取数据总线D[0：3l]上的值或根据内部的缺省常数D[0：31]=0x00000000，来确定它的状态。如果CPU在读取总线值时，信号引脚RSTCONF#为低电平，则硬件复位配置字(HRCW)从总线上读取;若RSTCONF#为高电平，则HRCW选用内部的默认值。上电后，启动存储控制器CSO#(对应于闪存的片选信号)有效，选中闪存，CPU地址线上输出硬件复位中断向量对应的地址0x00000100，开始读第1条指令。在Genesis中，这条指令对应于entry.S中_start：标号处。代码段如下。
_start:
b boot_cold
boot_cold:
lis r4, DEFAULT_IMMR_ BASE@h
nop
boot_warm:
mfmsr r5
lis r3, IMMR_BASE@h
ori r3, r3, IMMR_BASE@l
stw r3, IMMR(r4)
接下来对CPU CORE进行初始化配置。首先是关闭CPU的看门狗。代码如下：
xor r4, r4, r4
stw r4, SWCRR(r3)
屏蔽所有的中断寄存器，并初始化高速缓存D-CACHE和I-CACHE：
.globl icache_enable
.globl icache_disable
.globl icache_status
.globl dcache_enable
.globl dcache_disable
.globl dcache_status
然后使用如下代码重新映射闪存的绝对地址：
map_flash_by_law1:
remap_flash_by_law0:
在CPU内部开放的高速缓存区设置堆栈。未初始化设备外部DRAM之前，只能利用CPU内部的cache作为内存。下一步就可以进入第二阶段的CPU初始化，即C语言环境：
setup_stack_in_data_ca
che_on_r1:堆栈建立好以后，马上进入步骤S1,它跳转到cpu.c里面的cpu_init()函数。在这段代码里面，配置所有的CPU控制寄存器。在汇编里面调用C函数语句是bl cpu_init。
当配置结束以后，进入步骤S2,指针返回到entry.S。紧接着执行调用board_init函数，进入步骤S3,跳转到board.c里面，执行board_init()函数。在这个函数里面包括了几个重要部分。
1)get_clocks()函数
初始化CPU的PLL和系统时钟寄存器。
2 ) init_timebase()初始化计数器
3)初始化串口：serial_init (port,baudrate)
越早开通串口，对后面的工作越有好处。serial_init()调用的是console.c。对于E300内核的MPC83xx系列处理器，一般都提供两组UART接口，支持RS232、UART16550、HDLC等应用。本文将UART1用作串行输出接口，使用PC16550协议。由于后面很多调试都要依赖调试接口，因此，对串口的配置和初始化是比较重要的。这里
4) DDR RAM初始化：long int initdram (int board_type)
这是很重要的一个步骤。如果DDR RAM配置不对，那么后面的工作将无法进行。在目标板上用到了DDR2类型的内存条。这样的设计可以动态调整使用内存的大小，也大大减少对DDR内存的配置工作。一般来说DDR内存条上都有一块eeprom，是存储基本DDR信息的。它提供了标准的I2C接口，供CPU来访问。所以在本系统里，就是通过I2C来读取DDR内存条上的基本信息，然后根据这些信息正确配置CPU的DDR控制器。I2C的驱动很容易在开源代码里面找到，然后根据所使用的CPU稍微修改就可以。
DDR内存初始化完成以后，进入步骤S4,返回entry.S。然后执行步骤S5,调用main.c里面的函数run_into_ram()，目的是实现代码的搬移。调用entry.S里面的relocate_code()函数，执行步骤S6，将代码从闪存拷贝到DDR RAM里面：global relocate_code。
拷贝结束以后直接跳转到main()函数：bl main。到这里，CPU和外部基本设备的初始化都完成了。接下来就可以正确引导Linux内核了。利用代码拷贝，将存放于闪存的Linux内核拷贝到DDR RAM里面，然后直接跳转到该地址，开始执行步骤S7。
copy_code((void *)dest_addr,(void *)img_begin， img_end - img_begin);
jImage=(void (*)(void))dest_addr;
(*jImage)();
在程序流程图里面还有步骤S8、S9。它们分别表示在Genesis和Linux下面执行复位命令时候的指针跳转方向。在复位时，程序都是返回entry.S，然后重新执行。
结语
将按照流程设计并编译好的bin文件下载到目标板，经过测试，它能够正确引导Linux内核和文件系统，实现了BootLoader的功能。为了使Genesis的功能更加丰富，还可进行一些补充性的开发，比如增加Genesis命令行编辑;添加设备地址空间的读写命令等。■
参考文献
1.Programming Environments Manual for 32-Bit Implementations of the PowerPC Architecture, Rev. 3, Copyright 9/2005 by Freescale Semiconductor Corporation
2.e300 PowerPC Core Reference Manual, Rev. 1, Copyright 8/2005 by Freescale Semiconductor Corporation
3.MPC8360E PowerQUICC II Pro Integrated Host Processor Family Reference Manual, Rev. 1, Copyright 2006 by Freescale Semiconductor Corporation
