嵌入式系统BootLoader详解：从启动到加载内核

"调用内核的BootLoader是嵌入式系统和PC机启动过程中的关键部分，负责初始化硬件、加载操作系统内核。在嵌入式ARM-Linux系统中，BootLoader尤其重要，因为它通常是系统加电后运行的第一段代码。在调用内核时，必须确保CPU寄存器、模式以及Cache和MMU的设置正确。" BootLoader详解: BootLoader是操作系统启动前运行的一段小程序，它的主要职责包括初始化硬件设备、建立内存空间映射图以及调整系统的软硬件环境，以便操作系统内核能够顺利启动。由于BootLoader依赖于特定的硬件平台和板级配置，因此不同的CPU和嵌入式系统通常会有不同的BootLoader实现。 在PC机中，引导加载程序由两部分组成：BIOS（固件程序）和硬盘MBR中的OS BootLoader，如LILO和GRUB。BIOS先进行硬件检测和资源分配，然后将控制权交给位于硬盘主引导记录（MBR）中的BootLoader，后者负责加载操作系统内核到内存并跳转到内核入口点执行。 然而，在嵌入式系统中，特别是基于ARM架构的系统，通常没有像BIOS这样的固件程序。系统上电或复位后，CPU会从地址0x00000000开始执行，这个地址通常存放着BootLoader程序。常见的BootLoader如Blob和U-Boot，它们都是开源项目，遵循GPL许可证，Blob主要针对ARM，而U-Boot则支持多种处理器架构，如ARM、MIPS、X86和Nios，并能启动多个操作系统，如VxWorks、QNX和Linux。 BootLoader执行的第一条指令至关重要，因为这是系统启动的起点。在嵌入式系统中，固态存储设备（如ROM、EEPROM或FLASH）通常会被映射到预设的地址，如0x00000000，以供CPU直接执行。在跳转到内核之前，需要满足一些条件，例如： 1. CPU寄存器设置：R0应设为0，R1应设为机器类型ID，R2应指向启动参数标记列表在RAM的起始基地址。 2. CPU模式：应禁用中断（IRQs和FIQs），且工作在SVC模式。 3. Cache和MMU设置：MMU必须关闭，指令Cache可开可关，但数据Cache必须关闭。 在BootLoader执行过程中，它会完成以下步骤： - 初始化CPU和外围设备，如串口、时钟、内存控制器等。 - 配置内存映射，确保内核映像可以正确加载。 - 检查和加载操作系统内核到内存，这可能涉及从各种存储设备（如SD卡、NAND Flash等）读取内核映像。 - 设置启动参数，这些参数可能包含硬件配置信息或特定的启动选项。 - 最后，BootLoader会将控制权传递给操作系统内核的入口点，从而启动操作系统。 BootLoader在嵌入式系统中扮演着至关重要的角色，它是连接硬件和操作系统的桥梁，确保系统能够平稳、高效地启动。