arm bootloader理解

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1.Bootloader的作用

1.   对于无OS的arm，可以将其用作一般的单片机使用。不带OS的arm另外一种开发方式就是用Bootloader来引导应用程序的下载，如通过串口或网口（具体实现依赖于Bootloader的代码功能）。

2.   要在arm上运行OS，就必须要有Bootloader了。之所以依赖Bootloader引导内核，是因为ARM无法完成大系统映像的下载工作，而Bootloader下载可以有更多的自由度，可以制定内核映像和文件系统映像的下载地址等。Bootloader的职责包括硬件检测、硬件初始化和加载kernel，这些工作按照功能可以分为两个部分：硬件检测和初始化功能实现作为stage1；加载kernel作为stage2。stage1完全依赖于硬件，这一部分用汇编语言实现；stage2与操作系统有关，一般用C语言来实现。

2.Bootloader的工作模式

在开发时，通常使用各种命令操作Bootloader，一般通过串口来连接PC和开发板，可以在串口上输入各种命令、观察运行结果、烧写内核和文件系统等。这也只是堆开发人员才有意义，用户使用产品时是不用串口来控制Bootloader的。从这个观点看，bootloader可以分为以下两种工作模式：

1.   启动加载模式
上电后，Bootloader从板子上的某个固态存储设备上将操作系统加载到RAM运行，这个过程没有用户的介入。

2.   下载模式
这种模式下，开发人员使用各种命令，从主机上将文件（内核映像、文件系统映像）下载到目标机上。板子与主机间传输文件时，可以用串口的xmodem/ymodem/zmodem协议，它们使用简单，只是速度比较慢；还可以使用tftp、nfs协议来传输；或者使用USB传输。

3.如何将Bootloader烧写（固化）到非易失性存储介质中去呢？（Nor Flash，Nand Flash等）

具体要分以下几种情况：

(1)使用编程器将Bootloader烧写到falsh中:

将Bootloader写入Flash，然后将烧写完毕的Flash插入板子上，这是针对Flash还没有插入板子的情形。编程器也叫device programmer，是对非易失性存储介质和其他电可编程设备进行编程的工具。传统的编程器，需要把Flash（举例）从电路板上取下来，插到编程器的接口上，以完成擦除和烧写。现在的编程器发展的方向是ISP（In-System Programming，在系统可编程），就是指电路板上的空白器件可以编程写入最终用户代码，而不需要从电路板上取下器件。

(2)使用ADS软件和ARM仿真器：

先将编译后的Flash烧写程序加载到SDRAM中，运行Flash烧写程序，在指定Flash烧写的起始地址后，Flash烧写程序将从电脑上把编译好的Bootloader映像烧写到Flash的指定位置。

(3)使用Bootloader：

这是针对Bootloader已经驻留在Flash的情形，可以通过Bootloader烧Bootloader，Bootloader之所以具有这种功能，是由Bootloader的分段执行特性决定的，当Bootloader在Flash中执行时，主要是把自身剩余的代码复制到SDRAM中，然后进入到SDRAM运行后就可以反过来更新Flash中的Bootloader映像了。如果Bootloader不分段一直在Flash中执行，同时又更新Flash中的数据，这样将造成逻辑错误。

(4)处理器支持从ROM启动

有些厂商为了方便用户下载代码和调试，在其处理器内部集成了一个小的ROM，事先固化一小段代码。因为容量有限，代码的功能有限，一般只是初始化串口，然后等待从串口输入数据。这样，串口线实际上就成为了编程器的硬件连接了。比如，Cirrus Logic 的EP93XX系列，它内部集成了一个BootROM，固化代码初始化串口，支持从串口下载数据。那么在Host端只需要相应的开发一个相同串口协议的download程序，就可以完成bootloader（EP93XX系列使用的是Redboot）烧写到Falsh里【注：这里的编程器就可以认为是download+RS-232交叉线】，然后从Falsh启动，有Redboot进行下面的工作。因为Redboot实现了串口传输协议和TFTP协议，就可以通过RS-232来进行控制，通过Ethernet完成大的映象文件如kernel和fs的下载固化。这样，从硬件上电，到最后系统启动的所有环节就都很清晰了。ATMEL的AT91RM9200内部也集成了一个ROM，固化代码，同样初始化串口，启动串口传输协议Xmodem，等待输入【注：这里的编程器就可以认为是loader+RS-232交叉线】。官方提供的loader就是完成把U-boot下载固化到flash里面。因为kernel和fs比较大，可以采用压缩，官方提供boot来完成从flash启动后自动解压过程。这样，从flash启动就慢了许多。

(5)处理器不支持从ROM启动

还有些厂商为了节省ROM空间，提高集成度，不支持从ROM启动模式。比如三星公司的S3C2410等。这样一种简单的方法就是采用JTAG下载线作为编程器的硬件连接，完成其Bootloader（如Vivi）的烧写。在Windows环境下，针对JTAG硬件连接，编程器的软件有JFlash（JTAG for Flash），SJF，Flash Programmer等，还是比较丰富的。在Linux环境下，我所知道的有JFlash的Linux版本【注：在Linux下，这里的编程器就可以认为是JFlash+JTAG下载线，S3C2410是提供JTAG接口的】