wince系统下s3c6410的bootloader初接触

一、概述

       引导加载程序（bootloader）就是在操作系统内核运行前执行的一段小程序。通过这段小程序，我们可以初始化必要的硬件设备，创建内核需要的一些信息并将这些信息通过相关机制传递给内核，从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态，最终调用操作系统内核，真正起到引导和加载内核的作用。

    在DDR系统中，该部分的代码位于IDR400-2_SMDK6410/SRC/BOOTLOADER文件夹下。该文件夹下有五个子文件夹NBL1.LSB，NBL2，EBOOT.WHIMORY，Eboot.SDFuser和NBL1.IROM_SD，其中Eboot.SDFuser和NBL1.IROM_SD一起所生成的引导程序用于烧写，也就是说把NBOOT、EBOOT和内核镜像从SD卡中烧写到NAND FLASH（相当于DDR系统的硬盘）中去，以后系统正常使用的时候都是从NAND FLASH中读入引导程序，然后引导程序加载内核到内存开始执行；其中NBL1.LSB，NBL2，EBOOT.WHIMORY所生成的引导程序，则是系统正常运行时的bootloader，该文档主要介绍的就是这个bootloader

 

二、NBL1.LSB

Bootloader最先被执行的就是这个文件夹下的代码，入口是startup.s。这部分代码应该是在CPU片内ROM里面，无需加载，在系统上电的时候自动运行，然后它初始化一些硬件，再从NAND FLASH第一个块（块号为0）中读取NBOOT到SDRAM（即内存）中，即规定了NBOOT大小最大只能是一个块大小，其实NBOOT编译完后生成的镜像只有70k左右。

首先在startup.s汇编代码中设置一些硬件环境，如关中断、关看门狗等等，然后跳到main.c文件中的main函数中。

这里有个重要的地址：

#define LOAD_ADDRESS_PHYSICAL             (0x50000000)

这个地址即SDRAM的起始地址

Main函数中流程：

l         在main函数中首先通过NAND_Init();初始化NAND FLASH

l         pBuf = (unsigned char *)LOAD_ADDRESS_PHYSICAL;因为这个时候还没有开启MMU，虚拟地址pBuf也就是物理地址，可以直接赋值而无需转换

l         从FLASH中读取相应数据到这个地址处

l         ((PFN_IMAGE_LAUNCH)(LOAD_ADDRESS_PHYSICAL))();最后跳转到这个地址处执行

它的功能：

l         开启指令缓存Icache，设置了一些堆栈，以及设置其它硬件坏境

l         加载NBOOT镜像（保存在NAND FLASH第一个BLOCK中）进入RAM中，并启动

 

三、NBL2

首先被执行的依然是startup.s中汇编代码，然后跳转到main.c的main函数中。Main函数的流程如下：

l         OEMInitDebugSerial();初始化串口，此后就可以使用OEMWriteDebugString输出调试信息了

l         FIL_Init();初始化Flash Interface Layer，按我的理解是驱动NAND FLASH，跟进去看这个函数的代码，只是给一个结构体变量赋值NAND操作的一些函数（如NAND_Read_Retry），

l         ShadowEboot();就是加载EBOOT镜像到SDRAM中特定地址了，这个地址就是：

#define EBOOT_VIRTUAL_BASEADDR   0x80030000

用过这个函数pLowFuncTbl=FIL_GetFuncTbl()获取之前FIL_Init()设置好的那个结构体变量，然后通过pLowFuncTbl->Read从NAND_FLASH中读取EBOOT Image

l         OEMLaunchImage(EBOOT_VIRTUAL_BASEADDR);最后用这个函数跳转到EBOOT执行，因为已经开始了MMU，代码中使用的都是虚拟地址，所以要转换成物理地址进行跳转

NBOOT2的功能：

l         开启MMU和数据缓存Dcache，设置其它硬件坏境

l         This routine will initialize the first-level page table based up the contents of the MemoryMap array（这一步不太理解）

l         加载EBOOT镜像（保存在NAND FLASH第三个BLOCK（块号为2）中，最大大小为512K）进入RAM中，并启动

 

四、EBOOT.WHIMORY

4-1、执行流程

Bootloader最主要的工作都在这部分完成，首先被执行的依然是startup.s汇编代码，除了一些例行的初始化硬件坏境设置外，一个重要的功能是建立了虚拟地址的映射机制。然后依然是跳转到main.c文件中的main函数里。

Main函数调用BootloaderMain();BootloaderMain()的执行流程如下：

l         KernelRelocate：重定位全局变量到RAM中

l         OEMDebugInit：初始化调试端口

l         OEMPlatformInit：初始化目标板上的设备

l         OEMPreDownload：下载映像之前

l         DownloadImage：下载映像

l         OEMLaunch：启动映像

在EBOOT中，OEMPlatformInit是其中的主体，以上的执行流程在OEMPlatformInit之后就跳到内核执行了，下面描述一下这个函数体的整体流程：

1.       OALArgsInit(pBSPArgs); //初始化BSP_ARGS结构体

2.       BP_Init;// initialize the boot media block driver and BinFS partition

3.       FMD_GetInfo(&flashInfo) //获取FLASH信息

4.       TOC_Read( ) //从NAND FLASH TOC分区中读取数据

5.       Boot_Keys_Scan();// 检测用户是否进入烧写模式,如果不是则跳到第8步

6.       InitializeUSB() //初始化USB，准备烧写

7.       StateMachine3();//启动烧写，烧写完以后，调用SpinForever()终止

8.       ReadOSImageFromBootMedia();//从NAND FLASH中读取内核到指定地址

9.       Launch(0x50101000);//从这个地址处进入内核，os开始运行，bootloader完成使命

 

4-2、其它

bootloader如何存放在NAND FLASH：

NAND上首先存放着NBOOT，大小为一个块

然后存放着TOC，大小也为一个块，但是预留了一个块

然后存放着EBOOT，大小为五个块，预留了二个块

然后才存放着内核镜像

BINFS到底是什么？

BINFS就是MS给CE做的一种存放系统镜像的一个文件系统，但不知如何实现的

一些结构体

UCHAR           g_TOC[SECTOR_SIZE];

const PTOC      g_pTOC = (PTOC)&g_TOC;

上面变量是定义在main.c文件中的全局变量，它用来存储从NAND FLASH TOC分区中读取出来的数据，然后根据这些数据来决定从哪里加载内核镜像到哪里以及其大小。

typedef struct _TOC

{

         //只用来验证接下去内容的合法

         DWORD     dwSignature;

         //包含image的索引、启动delay时间、ip地址、MAC地址和掩码等

         BOOT_CFG    BootCfg;

          //用来描述ce内核image数组

         IMAGE_DESCRIPTOR    id[MAX_TOC_DESCRIPTORS];

         CHAININFO           chainInfo;

 } TOC, *PTOC;          // 512 字节

其中IMAGE_DESCRIPTOR结构体的定义如下：

typedef struct _IMAGE_DESCRIPTOR

{

         DWORD dwVersion;       //编译时的版本号

         DWORD dwSignature;      //“EBOOT”或“CFSH”等

         UCHAR ucString[IMAGE_STRING_LEN];    //描述字符串:如"eboot.nb0"之类

         DWORD dwImageType;      //image的类型

         DWORD dwTtlSectors;         //image文件用到的NAND的扇区总数

         DWORD dwLoadAddress;     //image加载时的虚拟地址

         DWORD dwJumpAddress;    //image加载完成后的跳转地址

         SG_SECTOR sgList[MAX_SG_SECTORS];    

         //image的段描述，包括起始扇区号和所需扇区数目

         ULONG dwStoreOffset;

} IMAGE_DESCRIPTOR, *PIMAGE_DESCRIPTOR;

 

五、总结

    简而言之，bootloader就是在系统开机的时候运行的一段代码，这段代码用来初始化硬件环境、加载操作系统到内存并转入执行。初始化硬件坏境一般都是由汇编代码（如startup.s）完成，这些代码与硬件高度关联，深入了解和改变这些代码以进行调试和配置都需要参考芯片文档（如datasheet）。而加载镜像到SDRAM，都是由c语言代码实现的，其过程在main函数中都比较明朗，其实质都是通过初始化FLASH，然后由NAND_READ()之类的函数把存在于NAND FLASH上的镜像加载到特定的内存地址，然后跳转到这个地址处转到下一步执行。