简单地说,Bootloader 就是这么一小段程序,它在系统上电时开始执行,初始化硬件设备、准备好软件环境,最后调用操作系统内核。 可以增强Bootloader 的功能,比如增加网络功能、从PC 上通过串口或网络下载文件、烧写文件、将Flash 上压缩的文件解压后再运行等,这就是一个功能更为强大的Bootloader,也称为Monitor。实际上,在最终产品中用户并不需要这些功能,它们只是为了方便开发。 Bootloader 的实现非常依赖于具体硬件,在嵌入式系统中硬件配置千差万别,即使是相同的CPU,它的外设(比如Flash)也可能不同,所以不可能有一个Bootloader 支持所有的CPU、所有的电路板。即使是支持CPU 架构比较多的U-Boot,也不是一拿来就可以使用的(除非里面的配置刚好与你的板子相同),需要进行一些移植。
1、Bootloader 的启动方式
CPU 上电后,会从某个地址开始执行。比如MIPS 结构的CPU 会从0xBFC00000 取第一条指令,而ARM 结构的CPU 则从地址0x0000000 开始。嵌入式开发板中,需要把存储器件ROM 或Flash 等映射到这个地址,Bootloader 就存放在这个地址开始处,这样一上电就可以执行。 在开发时,通常需要使用各种命令操作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、观察运行结果等。这也只是对开发人员才有意义,用户使用产品时是不用接串口来控制Bootloader 的。从这个观点来看,Bootloader 可以分为以下两种操作模式(Operation Mode)。 (1)启动加载(Boot loading)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 中运行,整个过程并没有用户的介入。产品发布时,Bootloader 工作在这种模式下。 (2)下载(Downloading)模式。 在这种模式下,开发人员可以使用各种命令,通过串口连接或网络连接等通信手段从主机(Host)下载文件(比如内核映象、文件系统映象),将它们直接放在内存运行或是烧入Flash 类固态存储设备中。 板子与主机间传输文件时,可以使用串口的xmodem/ymodem/zmodem 协议,它们使用简单,只是速度比较慢;还可以使用网络通过tftp、nfs 协议来传输,这时,主机上要开启tftp、nfs 服务;还有其他方法,比如USB 等。 像Blob 或U-Boot 等这样功能强大的Bootloader 通常同时支持这两种工作模式,而且允许用户在这两种工作模式之间进行切换。比如,U-Boot 在启动时处于正常的启动加载模式,但是它会延时若干秒(这可以设置),等待终端用户按下任意键,而将U-Boot 切换到下载模式。如果在指定时间内没有用户按键,则U-Boot 继续启动Linux 内核。
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