Boot Loader-程序员宅基地

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什么是Boot loader？

Boot loader(系统引导程序)，操作系统内核运行之前运行的一段程序。它首先完成系统硬件的初始化，包括时钟的设置、存储区的映射等，设置堆栈指针等；然后把操作系统内核从flash区拷贝带ram区，并跳转到内核的入口，将系统的控制权交给操作系统，从此系统的运行和Boot loader再无任何关系。

Boot loader的特点

  • 高度依赖于硬件，包括处理机的体系结构、具体型号、硬件电路板的设计。
  • 不存在通用的Boot Loader，但存在Boot Loader的通用概念和规则
  • 宿主主机和目标机之间一般通过串口连接

Boot loader的启动过程
单阶段和多阶段（更复杂、具有更好的移植性）

Boot loader的两个操作模式

  • 启动加载（正常使用）：即Boot Loader从目标机上的某个固态存储器上将操作系统加载到ram中运行，整个过程没有用户的介入。
  • 下载模式（开发人员用）：目标机上的Boot Loader将通过串口或网络连接从主机上下载文件，例如内核映像和根文件系统等。下载的文件首先放在ram中，然后被Boot Loader写到固态存储器中。这种模式通常在第一次安装内核与根文件系统时使用。

重点Boot Loader介绍

  • LILO：Linux草创时期提出的Boot loader，有详细的文档。
  • GRUB：GNU计划的主要Boot loader。
  • Blob:使用广泛
  • U-Boot:功能最多、最具弹性以及开发最积极的开放源码Boot loader。
  • vivi：由mizi公司为ARM处理器系列设计的一个Boot loader，目前只支持使用串口和主机通信，所以必须使用一条串口来连接目标板和主机。

下面是一段Boot loader的简单实现汇编代码，我简述一下各部分的功能。（看蓝色代码部分）

  • 对不同控制寄存器的地址重新命名，使用起来方便一点。
    蓝色部分代码

  • 程序开始，b是一条无条件跳转指令，程序一旦启动，直接跳转到reset处执行命令。
    在这里插入图片描述

  • 中断向量表
    在这里插入图片描述

  • 十三行的长整型数据是存放在标号为MEMORY_CONFIG之下的用于配置内存的13个配置字。对于arm处理器来说，我们要配置它的13个内存控制寄存器，且地址需连续，需要提前设计好每个寄存器的配置字。连续存放，以便后面统一地写到那13个寄存器中，避免一个一个进行赋值。
    在这里插入图片描述

  • 最前面的reset部分。因为程序刚刚启动，需要做一些初始化等比较重要的操作，在做这些操作时，处理器不希望被打断，所以将看门狗定时器关闭掉。
    在这里插入图片描述

  • 因为需要E口进行对串口的访问，所以这一段是对E口的配置
    在这里插入图片描述

  • 设置系统时钟，需要查数据手册，看每一个寄存器，给它进行如何的配置。
    在这里插入图片描述

  • 设置存储器，将MEMORY_CONFIG包含13个内存控制寄存器配置字的首地址给r0，然后给r1-r13，内存控制寄存器的首地址给r0，然后把13个配置字送到r0指向的空间，完成把用于控制内存的13个配置字整体写入配置寄存器当中。
    在这里插入图片描述

  • 完成Boot Loader的主要功能：
    把flash源地址中的头送给r0
    把flash目的地址中的头送给r1
    加法指令，加的数是操作系统内核的大小,r2表示在flash中操作系统内核的终止地址
    内核的拷贝
    源地址拷了八个出来送给r3-r10,然后拷贝到目的地址，感叹号表示数据拷贝完后指针同步移动
    检查是否拷贝完毕，直到所有内核拷贝到ram中
    在这里插入图片描述

  • 控制权交给ram中的操作系统的内核
    在这里插入图片描述
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