摘要：針對BootLoader嚴格依賴于具體的嵌入式硬件系統(tǒng),，并且從頭開發(fā)一套適合特定硬件系統(tǒng)的BootLoader又相當復雜這一問題,，分析設計了基于S3C2440的WinCE操作系統(tǒng)的引導程序的實現(xiàn)方法,。結合飛凌公司的嵌入式產(chǎn)品TE2440的硬件特性,，對BootLoader啟動的兩個階段和配置文件進行了詳細的分析和設計，最終實現(xiàn)了系統(tǒng)引導加載程序的構建,。為項目后續(xù)的開發(fā)奠定了良好的基礎,。
關鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；引導程序,；WinCE,；EBoot
Bootloader的開發(fā)是嵌入式系統(tǒng)開發(fā)必不可少的環(huán)節(jié)，一個好的Bootloader不僅可以給項目的后續(xù)開發(fā)工作帶來很大便利,，而且在項目開發(fā)結束后對用戶使用產(chǎn)品也提供了很多方便,。但是，由于嵌入式的硬件是無標準,、非規(guī)范的,，Bootloader的功能又是直接與微處理系統(tǒng)相關的，所以給開發(fā)人員的工作帶來了許多不便,。在實際的項目開發(fā)中,，一般都需要對特定的硬件系統(tǒng)進行Bootloader的設計，可是從頭開發(fā)一套系統(tǒng)的Bootloader是非常復雜并且耗時的,，針對這一難點,，微軟公司推出的面向嵌入式應用領域的操作系統(tǒng)Windows CE體現(xiàn)了非常大的優(yōu)勢,，Windows CE具有強大的操作系統(tǒng)功能、穩(wěn)定可靠的性能,、高度的模塊化,、可定制性、與桌面Windows平臺一致的開發(fā)特性,。它最大的優(yōu)勢是具有高度的模塊化,，可以提供與硬件無關的軟件框架，把與硬件無關但是又代表普遍通用性的內(nèi)容抽取出來,，形成標準函數(shù)庫,。而與硬件相關的不具有通用意義的BootLoader代碼則由開發(fā)人員具體負債開發(fā)，這樣就給開發(fā)人員帶來了相當大便利,。并且開發(fā)出的Bootloader因是嚴格按照微軟提供的模板開發(fā),，所以又有很好兼容性且效率高。
由于Bootloader的實現(xiàn)依賴于CPU的體系結構,，因此從固態(tài)存儲設備上啟動的BootLoader大多都是兩個階段的啟動過程,。本文以飛凌嵌入式公司的產(chǎn)品TE2440為例，詳細分析Windows CE BootLoader開發(fā)的兩個階段過程,。TE2440的微處理器采用三星公司的S3C2440A,，主頻400MH-z，內(nèi)置64 MB SDRAM和64 MB NANDFLASH,，10 M網(wǎng)口，采用CS8900Q3,。S3C2440支持2種啟動模式：一種是從NandFlash啟動,；另一種是從NorF-lash啟動，TE2440支持從NandFlash啟動,。
1 Bootloader的第一階段分析
為了防止給后來的調(diào)試工作帶來更多的麻煩,，要盡量使第一階段做盡可能少的工作，只要使CPU正常工作起來即可,，然后把大量復雜的初始化工作留給第二階段來做,。第一階段是在ADS(ARM Developer Suite)環(huán)境下開發(fā)的。S3C2440系統(tǒng)引導加載程序包括2440init,，s,、2440-lib．s函數(shù)庫、2440lib．c函數(shù)庫,、mmu,，c、dma,，c函數(shù)庫等幾個主要的文件,。因為與硬件密切相關,。所以通常采用匯編語言編寫，本文主要分析s3c2440系統(tǒng)在加電后的硬件設置處理過程,，即2440init.s文件中的程序執(zhí)行過程,。
第一階段主要包括如下步驟：
(1)進入啟動程序的入口地址，禁止看門狗,、屏蔽所有中斷,。因為為中斷提供服務通常是操作系統(tǒng)設備驅動程序的責任，所以在Bootlo-ader的執(zhí)行全過程中可以不必響應任何中斷,。中斷屏蔽可以通過寫CPU的中斷屏蔽寄存器或狀態(tài)寄存器來完成,。
(2)設置CPU的速度和時鐘頻率
根據(jù)工作頻率設置時鐘、PLL,，2440內(nèi)部3個時鐘：FCLK,、HCLK、PCLK,，分別供CPU,、AHB總線和APB總線使用，一般都選擇周期比為1：2：8的設置,。
(3)初始化基本硬件和存儲器系統(tǒng)
(4)設置堆棧并跳轉至第二階段的入口,。將FLASH中的代碼段、數(shù)據(jù)段拷貝到RAM中,，將初始化數(shù)據(jù)段,，跳入C語言的main函數(shù)執(zhí)行，結束Bootloader初步引導,；Bi的主要功能是引導和加載操作系統(tǒng),，不會用到很多種類型及數(shù)量的外設，如果在BL中啟用中斷反而會使對問題的處理復雜化,。
2 Bootloader的第二階段分析
第一階段結束之后,，函數(shù)跳轉到由C語言寫的main()函數(shù)，也就是Bootloader開發(fā)的第二階段EBoot,，該階段的開發(fā)環(huán)境是Platform Builder,，簡稱PB，它是微軟提供給開發(fā)人員進行基于Windows CE平臺下嵌入式操作系統(tǒng)定制的集成開發(fā)環(huán)境,。main()函數(shù)實現(xiàn)代碼為：
該函數(shù)主要功能就是調(diào)用BootloaderMain()函數(shù),，其實main函數(shù)不是必須的，實際上程序也可以直接跳轉到BootloaderMain()函數(shù),，在第一階段的匯編代碼后加入main()函數(shù)可以更好地提高程序的性能,。本文主要分析BootloaderMain()調(diào)用的一些關鍵的函數(shù)，函數(shù)調(diào)用關系如圖1所示。
最早被BootLaderMain()調(diào)用的OEM函數(shù)是OEMDebugInit(),，它負責初始化BootLoader的調(diào)試功能串口,，在它被調(diào)用運行之后BootLoader的代碼才可以調(diào)用它的調(diào)試輸出功能函數(shù)。OEMDebugInit()調(diào)用OEMInitDebugSerial()來初始化調(diào)試串口,。
OEMPlatformInit()函數(shù)是BootLoader的最重要的OEM函數(shù),，所有與BootLoader所需硬件功能有關的目標平臺板級外設如以太網(wǎng)接口、Fl-ash存儲器等都在這里進行初始化,，包括嵌入式CPU芯片內(nèi)置的外設,。它結束后就開始下載工作了。函數(shù)代碼如下：
OEMPreDownload()：所有在硬件初始化完成以后,、開始下載操作系統(tǒng)鏡像之前所需要處理的任務都可以放在該函數(shù)完成,。它主要任務是以太網(wǎng)下載前的準備工作。DownloadImage()的任務是從遠程開發(fā)機上下載操作系統(tǒng)鏡像到RAM,。它通過調(diào)用OEMReadData()從下載端口讀取操作系統(tǒng)鏡像的數(shù)據(jù),，在本文的EBoot中，該函數(shù)主要負責從以太網(wǎng)端口讀取操作系統(tǒng)鏡像數(shù)據(jù),；它還調(diào)用OEMShowProgress()函數(shù)用來向用戶顯示BootLoader下載操作系統(tǒng)鏡像時的下載狀態(tài),。OEMMapMemAddr()函數(shù)用于當下載得到的操作系統(tǒng)鏡像自身所記錄的目的地址是Flash存儲設備時該OEM函數(shù)要負債將鏡像的數(shù)據(jù)以重定位的方式暫存到RAM內(nèi)存緩沖區(qū)中。
OEMLaunch()是最后一個被BootLaderMain()函數(shù)調(diào)用的,。它的主要功能是實現(xiàn)目標嵌入式系統(tǒng)程序執(zhí)行流跳轉,。無論BootLoader是通過以太網(wǎng)端口下載操作系統(tǒng)鏡像還是從本地讀取操作系統(tǒng)鏡像到內(nèi)存，都要依靠該函數(shù)將程序的執(zhí)行流從BootLoader轉移到Windows CE的操作系統(tǒng),。Downloadlmage()函數(shù)下載的操作系統(tǒng)鏡像是暫存在RAM中的,，所以我們還需要在OEMLaunch()函數(shù)指令執(zhí)行跳轉之前保存下載所得的操作系統(tǒng)鏡像以及用戶配置數(shù)據(jù)到Flash，以便系統(tǒng)從新啟動或者復位時可以直接從本地存儲讀取鏡像數(shù)據(jù),。
3 配置文件
Bootloader源代碼編譯后會產(chǎn)生一個名為eboot．exe的可執(zhí)行文件,，但寫入Flash的Bootloader是一個二進制的映像文件，也就是．bin文件或．nbO文件,，所以需要把eboot．exe文件轉換成．bin文件或．nbO文件。
4 燒寫B(tài)ootloader
配置好了之后,，在PC機中編譯產(chǎn)生了Eboot．bin文件,，把Bootloader燒寫到目標機中。利用三星公司的sjf2440工具燒寫,，使用JTAG實現(xiàn)下載,。BootLoader下載后再通過以太網(wǎng)口把操作系統(tǒng)內(nèi)核鏡像文件下載到目標機中。下載鏡像所使用的軟件是DNW,，DNW是三星公司為S3C2 440芯片配置的一款專用軟件,，它可以在Windows下通過USB方式燒寫Flash。如圖2所示，內(nèi)核鏡像已下載到NandFlash中,。
5 結語
BootLoader的設計和實現(xiàn)是一個非常復雜并且重要的過程,，一個好的Bootloader可以給嵌入式產(chǎn)品的開發(fā)調(diào)試工作帶來許多便利。本文從源代碼人手詳細分析了Wince Bootloader啟動的兩個階段以及配置文件信息,。實驗達到了預期的效果,，為項目后續(xù)的開發(fā)奠定了良好的基礎。