關(guān)鍵詞：Bootloader；PPCBoot；MPC8250；嵌入式系統(tǒng)
1 引言
Boodoader(引導(dǎo)加載程序)是CPU復(fù)位后和進入操作系統(tǒng)之前執(zhí)行的一段代碼，主要用于完成由硬件啟動到操作系統(tǒng)啟動的過渡，為操作系統(tǒng)提供基本的運行環(huán)境，如初始化CPU、堆棧、存儲器系統(tǒng)等。Bootloader代碼與CPU的內(nèi)核結(jié)構(gòu)、具體型號等因素有關(guān)，其功能類似于通用PC的BOIS程序。除了依賴CPU的體系結(jié)構(gòu)外，Bootloader實際上還依賴于具體的嵌入式板級設(shè)備的配置。也就是說，對于二塊不同的嵌入式板，即使它們使用相同的CPU構(gòu)建，要想讓運行在其中一塊板上的Bootloader程序也能運行在另一塊板上，通常也都需要修改Boofloader的源程序。因此，在嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)中不可能有通用的Bootloader，開發(fā)時用戶要根據(jù)具體的系統(tǒng)設(shè)計要求進行移植。
從嵌入式系統(tǒng)的實際開發(fā)角度講，嵌入式操作系統(tǒng)的引導(dǎo)、配置甚至應(yīng)用程序的運行狀況都與Bootloader有一定的關(guān)聯(lián)，可以說，掌握Bootloader移植是順利進行嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的重要利器。在嵌入式Linux系統(tǒng)中，PPCBoot是功能強大的Boot-loader，它支持多種CPU體系結(jié)構(gòu)，但相對也比較復(fù)雜。
本文以MPC8250微處理器和嵌入式Linux為背景，針對性的提供了PPCBOOt在開發(fā)板上的移植方法，可以應(yīng)用在基于MPC82xx系列處理器的嵌入式Linux系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)中。
2 PPCBoot簡介
PPCBoot是德國DENX小組開發(fā)的用于多種嵌入式CPU的Bootloader引導(dǎo)程序，主要由德國的工程師Wolfgang Denk和Intemet上的一群自由開發(fā)人員對其進行維護和開發(fā)。支持PowerPC、ARM、MIPS、m68K等多種處理器平臺，易于裁剪和調(diào)試。
PPCBoot遵循GPL(通用公共許可)公約，完全開放源代碼。PPCBoot源代碼可以在sourceforge網(wǎng)站的社區(qū)服務(wù)器中獲得，它的項目主頁是http：//sourceforge． net/projects/ppcboot，也可以從DENX的網(wǎng)站htrp：//www.denx.de下載。筆者使用的版本是PPCBoot-2.0.0。
PPCBoot的主要特點如表1所列。
3 PPCBoot的運行流程
當MPC8250上電或者施加復(fù)位信號時，CPU通過讀取數(shù)據(jù)總線D[0：3l]上的值或根據(jù)內(nèi)部的缺省常數(shù)D[0：31]=0x00000000，確定它的狀態(tài)。如果CPU在讀取總線值時，RSTCONF#滯表示低電平有效，以下類同)為低電平，則硬復(fù)位配置字(HRCW)從總線上讀取，若RSTCONF#為高電平，則HRCW選用內(nèi)部的默認值。
上電后，啟動存儲控制器CSO#(對應(yīng)于Flash的片選信號)有效，選中Flash，CPU地址線上輸出硬件復(fù)位中斷向量對應(yīng)的地址0x00000100，開始讀第1條指令，在PPCBoot中，這條指令對應(yīng)于/ppcboot/cpu/mpc8260/start.S中的_start：標號處。下面介紹具體的啟動過程。
(1)運行start.S(/ppcboot/cpu/mpc8260/start.S)從一start：標號處執(zhí)行。在完成CPU本身基本的初始化后，主要是初始化CPU內(nèi)部寄存器的一些狀態(tài)，主要設(shè)置IMMR、ICTRL、D-cache、I-cache等。從in_flash：處執(zhí)行，設(shè)置C語言工作環(huán)境，再調(diào)轉(zhuǎn)到代碼bl cpu_init_f(第2步)和bl board_init_f(第3步)。
(2)CPU的底層初始化(/ppcboot/cpu/mpc8260/epu_init.C)從start.S中跳轉(zhuǎn)到函數(shù)cpu_init_f(volatileimmap_t*immr)處，進行CPU的底層初始化，主要設(shè)置了watchdog、SIUMCR寄存器、時基(timebase)寄存器、PIT(周期中斷寄存器)、鎖相環(huán)、系統(tǒng)定時器、存儲控制器和CPM等。
(3)板上的第1次初始化(/ppcboot/lib_ppc/board.c)完成第2步后，返回地址放人LR寄存器中，再從start.S中跳轉(zhuǎn)到函數(shù)board_init_f(ulong bootflag)處，該函數(shù)實現(xiàn)板上的第1次初始化，完成SMC初始化和一些硬件測試。尤其是RAM初始化，并分配內(nèi)存空間，保存板子的信息，準備好在RAM中重定向代碼。然后調(diào)用relocate_code函數(shù)，將PPCBoot移到RAM中運行。
(4)搬運代碼到內(nèi)存中(/ppeboot/cpu/mpc8260/8tart.s)
從函數(shù)board_init_f跳到/ppcboot/cpu/mpc8260/start.S中的relocate_code()函數(shù)處，然后將代碼搬至SDRAM工作，調(diào)整GOT表，做一些重定位后開始在RAM中運行代碼。
(5)板上的第2次初始化(/ppcboot/lib_ppc/board.C)在relocate_code()函數(shù)后將跳轉(zhuǎn)到board_init_r()函數(shù)處執(zhí)行第2次初始化，主要完成一些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、高端模塊及系統(tǒng)設(shè)備的相關(guān)初始化。
(6)命令的解析與執(zhí)行(/ppcboot/commom/main.C)在進行初始化后，PPCBoot會執(zhí)行函數(shù)board_init_r()中的main_loop()函數(shù)循環(huán)，即監(jiān)控程序。PPCBoot的監(jiān)控程序會根據(jù)用戶從控制臺的輸入完成預(yù)先設(shè)定的工作。該函數(shù)在/ppebooffeommom/main.c中。在函數(shù)main_loop()會調(diào)用/ppeboot/com-mom/main.C中的run_command()函數(shù)完成命令的解析，并轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的處理函數(shù)。
4 PPCBoot源代碼的修改和編譯
要將PPCBoot移植到新的開發(fā)板上，應(yīng)該根據(jù)具體的系統(tǒng)設(shè)計要求，按照系統(tǒng)硬件配置修改PPC-Boot的源代碼。
移植主要包括2個層面的移植，第1層是針對CPU的移植，PPCBoot支持的CPU類型在目錄/cpu中，MPC8250對應(yīng)在/cpu/mpe8260目錄；第2層是針對具體board的移植，這主要根據(jù)開發(fā)者自己的具體設(shè)計修改代碼。為了減少工作量，可以從PPC-Boot支持的demo板選擇1個和自己的開發(fā)板硬件相似的板子作為模板，這里，筆者選擇MPC8260ADS板作為參考板，直接修改與該板上相關(guān)的源代碼文件。
4．1 開發(fā)板硬件
在修改PPCBoot源代碼之前，要了解開發(fā)板的硬件配置情況，根據(jù)硬件配置對源代碼中的配置值做相應(yīng)的修改，表2列舉出板子的硬件基本信息。另外，MPC8250開發(fā)板的外圍設(shè)備接口主要有10/100M自適應(yīng)網(wǎng)卡接口、RS232串口、PCI接口和全功能JTAG調(diào)試接口等。
4．2 修改PPCBoot源代碼
從移植PPCBoot的最小要求和PPCBOOt能正常啟動的角度出發(fā)，并比較MPC8260ADS板和開發(fā)目標板異同之后，主要考慮修改以下文件。
(1)修改頭文件mpc8260ads.h。mpe8260ads.h是板子的配置文件，它配置了板子的CPU、系統(tǒng)時鐘、SDRAM、Flash系統(tǒng)及其他所有開發(fā)板的信息，是需要修改的最重要的文件。
在該文件中設(shè)置IMMR CPU寄存器基地址，注意該值必須與操作系統(tǒng)的設(shè)置一樣。
#define CFG—IMMR 0xF0000000
設(shè)置CPU時鐘
#define CONFIG_8260_CLKIN 33333333 /*in Hz */
設(shè)置：Flash、SDRAM，包括基址、大小、環(huán)境參數(shù)的偏移和大小，還有內(nèi)存刷新周期，都要根據(jù)目標板的具體情況設(shè)置；設(shè)置環(huán)境參數(shù)，用于網(wǎng)絡(luò)下載、啟動；另外，BR0、OR0、BR1、OR1等內(nèi)存控制值，Watch．dog及一些目標板特定的參數(shù)也要根據(jù)實際情況設(shè)置。
(2)Linux啟動時，要從PPCBoot獲得內(nèi)存基地址和大小、時鐘頻率、波特率、IP地址等參數(shù)，所以ppcbooth文件中定義的結(jié)構(gòu)體bd-info的成員順序必須與Linux操作系統(tǒng)的定義保持一致，實現(xiàn)參數(shù)的正確傳遞。
(3)修改mpc8260ads.c。mpe8260ads.c中配置了I/O端口表，初始化SDRAM，完成板子的校驗工作。其中，I/O端口表配置了網(wǎng)絡(luò)端口和板上其他一些通用I/O端口，函數(shù)initdram根據(jù)SDRAM寄存器的配置完成SDRAM的初始化。
(4)修改config.mk。修改ppcboot/board/mpc826Oads/config.mk，設(shè)置TEXT_BASE=0xEF000000，使得TEXT_BASE的值和頭文件中CFG_FLASH_BASE的值一樣，這個值定義啟動地址。
4．3 編譯PPCBoot
在代碼修改完成后，就要進行重新編譯，對PPC-Boot的編譯需要在Linux主機上建立PowerPC的交叉編譯環(huán)境器。自己動手一步一步建立交叉編譯環(huán)境通常比較復(fù)雜，最簡單的方法是使用別人編譯好的交叉編譯工具。筆者使用的是MontaVista提供的完整的開發(fā)工具集CDK。
在RedHat Linux9.O主機上建立好交叉編譯工具后，要修改PPCboot目錄下的Makefile文件，指定交叉編譯器的完整路徑名，然后用下面的命令進行配置和編譯：
#make MPC8260ADS_ config
#make
編譯完成后，得到3個文件：
* ppcboot：這是ELF(Executable and Link Format)格式的文件，可以被大多數(shù)Debug程序識別。
*ppcboot.bin：這是二進制bin文件，純粹的ppeboot的二進制執(zhí)行代碼，不包含ELF格式和調(diào)試信息。這個文件一般用于安裝燒錄ppcboot到用戶的開發(fā)板。
*ppcboot．srec：Motorola的S-Record格式．是可以通過串口下載到開發(fā)板中的文件。
5 移植PPCBoot
編譯好的ppcboot．bin文件通過JTAG接口下載到Flash的起始地址處，再次上電后，就可以看到PPCBoot的啟動信息：
PPCBoot 2．0．O(Jul 12 2005—18：21：391
RewinTeeh：Fengjunping&&Huangjianzhong MPC8260
Reset Status：External Soft．Extemal Hard MPC8260
Clock Configuration
—Bus—to—C0re Mull 5x．VCO Div 2,60x Bus Freq 20—60，Core Freq 100-300一dtbrg 0，coreenf Oxob，busdf 5，cpmdf 1，plldf 0，pnmf 2
一vco__out 199999998，scc_elk 49999999，brg_elk49999999
一cpu_clk 166666665，epm_clk 99999999，bus_clk33333333
CPU： MPC8260(Rev 14，Mask unknown[immr=0x0064，k=0x002d])at 166．666 MHz
Board：Motorola MPC8260ADS
I2C：ready
DRAM：16MB
F1ash：16 MB
***Warning—bad CRC．using default environment
In： serial
Out：serial
Err：serial
stan linux now(y／n)：=>
輸入help得到所有命令列表，help command列出該命令的功能。緊接著測試Flash和網(wǎng)卡，如果都正常工作，表明移植PPCBoot的工作基本完成，可以接著調(diào)試內(nèi)核和文件系統(tǒng)。
實際過程中可能由于考慮不周而需要多次修改。移植成功后，也可以添加一些其他功能(如LED的驅(qū)動等)，在此基礎(chǔ)上添加功能相對比較容易。
6 結(jié)束語
Bootloader在嵌入式開發(fā)中是操作系統(tǒng)和硬件的樞紐，它為操作系統(tǒng)內(nèi)核的啟動提供了必要的條件和參數(shù)。在移植過程中，開發(fā)人員除了要掌握Bootloader的結(jié)構(gòu)和工作流程外，還要對相關(guān)硬件有一定的了解。目前，筆者移植的PPCBoot已經(jīng)能夠穩(wěn)定地運行在開發(fā)板上，而且可以通過FIash和網(wǎng)絡(luò)加載內(nèi)核和文件系統(tǒng)，為后續(xù)開發(fā)特別是驅(qū)動程序的開發(fā)奠定了良好的基礎(chǔ)。對于不同的CPU和開發(fā)板，其基本方法和步驟是相同的，筆者希望自己的經(jīng)驗?zāi)軐τ嘘P(guān)嵌入式設(shè)計人員提供幫助。
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