基于PXA272的Bootloader的設計與實現(xiàn)
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PC機中的引導程序一般由BIOS和位于MBR的OSBootloader（例如LILO或者GRUB）一起組成。然而在嵌入式系統(tǒng)中通常沒有像BIOS那樣的固件程序（有的嵌入式CPU有），因此整個系統(tǒng)的加載啟動任務就完全由Bootloader來完成。但是隨著嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展，Bootloader已經(jīng)逐漸在基本功能的基礎上進行了擴展，Bootloader可以更多地增加對具體系統(tǒng)的板級支持，即增加一些硬件模塊功能上的使用支持，以方便開發(fā)人員進行開發(fā)和調(diào)試。編寫B(tài)ootLoader是開發(fā)WinCE系統(tǒng)第一步，也是關鍵的一步。只有得到一個穩(wěn)定工作的Loader程序，才能夠更進一步開發(fā)WinCE的BSP，直至最后整個系統(tǒng)的成功。
2硬件平臺結構
我們的硬件平臺采用PXA 272 作為處理器，工作頻率為512M HZ,內(nèi)部集成了64 M bytes NOR Flash。Intel PXA27X處理器是Intel公司推出的32位,基于Xscale架構的高性能的嵌入式芯片。【2】硬件平臺結構中主要還包括了如下的主要器件：128 M SDRAM、AC97 codec、 LCD 控制器、IrDa芯片、藍牙UART、USB控制器。另外還集成了3.5吋、240×320 QVGA的TFT-LCD 觸摸屏、PCMCIA、SD/MMC等外設接口,WLAN模塊。
Intel的PXA 27X內(nèi)部支持SD Host的控制模塊，有SD Host控制寄存器和可以用于SD Host控制器的IO引腳，可用編程的方法對其功能進行選擇；但對于SD卡的檢測，寫保護和插槽的電源使能
等功能沒有專門的引腳。在本文實現(xiàn)中，對于卡檢測、電源引腳，通過GPIO擴展來實現(xiàn)。和SD卡硬件相關的部分引腳定義如表1所示：【3】【4】
表1 PXA 272部分GPIO引腳功能定義
信號 | 方向 | Intel 272功能引腳 | 說明 |
SD_nPWREN | 輸入 | SDPWEN/GPB2 | SD插槽電源使能信號線 |
SD_DATA3 | 輸入/輸出 | SDDATA0/GPF5 | 4bit模式：DATA3 |
SD_DATA2 | 輸入/輸出 | SDDATA0/GPF4 | 4bit模式：DATA2 |
SD_DATA1 | 輸入/輸出 | SDDATA0/GPE5 | 4bit模式：DATA1 |
SD_DATA0 | 輸入/輸出 | SDDATA0/GPG2 | 4bit模式：DATA0 |
SD_CMD | 輸入/輸出 | SDCMD/GPG1 | SD命令線 |
SD_CLK | 輸入 | SDCLK/GPF3 | SDIO/SD卡時鐘線 |
SD_nCD | 輸出 | EINT23/GPF1 | SD卡檢測引腳 |
SD_WP | 輸出 | GPC3 | SD卡寫保護引腳 |
一個嵌入式WinCE系統(tǒng)從軟件的角度看通?？梢苑譃閮刹糠郑築ootloader 和 Wince嵌入式系統(tǒng)。從Bootloader和Wince嵌入式系統(tǒng)的關系看,Bootloader包含兩種不同的操作模式：“本地啟動”模式和“下載啟動”模式?！?】在本地啟動模式下Bootloader從Flash上將Wince操作系統(tǒng)加載到RAM中運行。在下載啟動模式下，目標機上的Bootloader將通過串口或者網(wǎng)絡連接或者USB等從主機下載操作系統(tǒng)文件,也可以直接從SD/MMC卡、CF卡上加載操作系統(tǒng)鏡像文件。在下載啟動模式下,Bootloader通過串口給用戶提供簡單的命令行接口。
3.1Bootloader的流程
當系統(tǒng)上電后，ARM CPU會從物理地址零處開始執(zhí)行第一條指令的執(zhí)行，通常會在該地址處放置一條跳轉指令。在我們的硬件平臺中物理地址零是64M Flash的物理起始地址。這里值得需要說明的是64M Flash 是固化在Intel PXA 272中的。所以我們的Bootloader燒入也必須從Flash的物理地址零開始。Bootloader二進制文件的最前面的4個字節(jié)就是一條跳轉指令。
接著系統(tǒng)會跳轉到一段用ARM匯編編寫的代碼中去執(zhí)行。其作用是完成系統(tǒng)啟動所必須的最小配置,例如配置cpu的工作頻率，配置GPIO,配置時鐘等。然后為我們處理器的工作模式設置棧指針。
接著把Bootloader從Flash搬運到SDRAM中,配置MMU,創(chuàng)建頁表,使能MMU,然后把自己后半部重定位到SDRAM中去執(zhí)行。在后半部的執(zhí)行中會根據(jù)用戶做的動作（是否按住一個按鈕）來判斷是要本地啟動還是下載啟動。具體的流程圖如圖1所示。
當用戶選擇特定下載啟動方式后，就進入具體的下載流程。首先需要對用戶選定的介質(zhì)的硬件進行必要的初始化。之前做的一些硬件的初始化是不夠的，因為沒必要在前面進行全面的硬件初始化，現(xiàn)在要具體使用了就需要進行具體的配置。
3.2軟件實現(xiàn)的關鍵
Bootloader是依賴于硬件而實現(xiàn)的，特別是在嵌入式系統(tǒng)中。不同的體系結構需求的Bootloader是不同的；除了體系結構，Bootloader還依賴于具體的嵌入式板級設備的配置。所以根據(jù)不同的板級配置需要修改相應的Bootloader?！?】我們使用的bootloader是Microsoft提供的和Wince配套的Eboot。下面幾點是在我們的硬件平臺上修改Eboot的關鍵。
3.2.1配置內(nèi)存映射表
WinCE嵌入式系統(tǒng)通過定義OEMAddressTable來定義虛擬內(nèi)存到物理內(nèi)存的映射表.這個表在我們的實現(xiàn)中是bootloader和WinCE系統(tǒng)公用的?！?】當然這不是強制性的.我們需要根據(jù)硬件平臺的不同定制自己的映射表。在我們的設計中,這個表把4GB的物理空間映射到512M的內(nèi)核虛擬空間。
表中的每一項由虛擬地址,物理地址,和映射的M數(shù)組成。其格式如下所示
OEMAddressTable
DCD SDRAM_BASE_C_VIRTUAL, SDRAM_BASE_PHYSICAL, 64
DCD SDRAM1_BASE_C_VIRTUAL, SDRAM1_BASE_PHYSICAL, 64
DCD IM_STORAGE_BASE_C_VIRTUAL, IM_STORAGE_BASE_PHYSICAL, 1
.....
DCD 0x00000000, 0x00000000, 0
第一項和第二項分別使64M的虛擬地址映射到64M物理地址,因為我們采用兩條64M的SDRAM。第二項使1M的內(nèi)部內(nèi)存的虛擬地址映射到物理地址,因為我們使用1M大小的內(nèi)部存儲。最后一項必須是零,因為建立頁表的時候程序通過它來判斷是否結束映射過程。在配置MMU的時候會使用這個表來完成虛擬地址到物理地址的映射的頁表的建立。
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