U-Boot嵌入式系统仿真实验：Stage 2 深入解析

"嵌入式系统仿真实验第十讲1" 在嵌入式系统设计中，Bootloader扮演着至关重要的角色，它是系统启动的第一步，负责初始化硬件环境并加载操作系统。本实验主要关注Bootloader的第二阶段，即Stage 2，以U-Boot为例进行讲解。U-Boot是一款广泛使用的开源Bootloader，它支持多种处理器架构和嵌入式平台。 在理论课程中，我们了解到Stage 1的主要任务包括RAM初始化、设置硬件时钟、配置中断向量表、切换到超级模式并禁用中断，以及调用Stage 2。这个阶段通常由汇编语言编写，因为它的目标是在系统最小化的硬件配置下快速启动。 Stage 2的启动流程进一步涉及以下几个关键步骤： 1. **Boot入口设置**：Bootloader的入口点通常在Stage 2开始时设定，这允许Bootloader从ROM或Flash中读取并执行C代码。 2. **中断向量表设置**：中断向量表是处理器处理中断请求的入口点列表，设置该表是确保系统能够正确响应各种硬件和软件中断的关键。 3. **切换到超级模式**：在ARM处理器中，超级模式（Supervisor Mode）是一种特权模式，用于执行系统级操作，如初始化和控制硬件。 4. **禁止中断**：在系统启动初期，为了防止在关键初始化阶段出现未预期的中断，通常会临时关闭中断服务。 5. **硬件初始化**：这包括关闭看门狗定时器、启用回写缓冲区和Cache，以及配置非Cache区域，以优化内存访问效率。 6. **外部中断触发方式设置**：根据应用需求，Bootloader会设置外部中断源的触发方式，如边沿触发或电平触发。 7. **时钟和CPU频率配置**：这是系统性能的关键因素，需要根据平台的硬件规格来设置适当的CPU运行频率、总线宽度和各部件时钟。 8. **Bootloader拷贝到RAM**：Stage 1会将Stage 2从非易失性存储（如Flash）复制到RAM中，然后跳转到C代码执行。 9. **初始化串口**：Bootloader通常会初始化一个串口用于调试输出，方便开发人员监控启动过程。 10. **进入主循环**：在完成所有初始化后，Bootloader进入其主循环，提供命令行界面供用户交互，如U-Boot的`main_loop()`函数。 在U-Boot的实现中，这些步骤分布在不同的源文件中，如`cpu/arm926ejs/start.S`和`cpu/arm926ejs/Versatile/low_level_init.S`等。后续的C代码部分则涵盖了文件管理、网络管理、硬件驱动以及加载操作系统等功能。 通过深入理解Bootloader的这两个阶段，开发者可以更好地掌控嵌入式系统的启动流程，确保系统能够稳定、高效地运行。在实际开发中，对Bootloader的定制化修改是常见的，以适应特定项目的需求，例如添加特定硬件的驱动支持或者优化启动速度。因此，掌握Bootloader的工作原理对于任何嵌入式系统开发者来说都是必要的技能。