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Bootloader(2)

Bootloader(2)

  • 2.磁盘启动方式
      传统的Linux系统运行在台式机或者服务器上,这些计算机一般都使用BIOS引导,并且使用磁盘作为存储介质。如果进入BIOS设置菜单,可以探测处理器、内存、硬盘等设备,可以设置BIOS从软盘、光盘或者某块硬盘启动。也就是说,BIOS并不直接引导操作系统。那么在硬盘的主引导区,还需要一个Bootloader。这个Bootloader可以从磁盘文件系统中把操作系统引导起来。
      Linux传统上是通过LILO(LInux LOader)引导的,后来又出现了GNU的软件GRUB(GRand Unified Bootloader)。这2种Bootloader广泛应用在X86的Linux系统上。你的开发主机可能就使用了其中一种,熟悉它们有助于配置多种系统引导功能。
      LILO软件工程是由Werner Almesberger创建,专门为引导Linux开发的。现在LILO的维护者是John Coffman,最新版本下载站点:<http://lilo.go.dyndns.org/&gt;。LILO有详细的文档,例如LILO套件中附带使用手册和参考手册。此外,还可以在LDP的“LILO mini-HOWTO”中找到LILO的使用指南。
      GRUB是GNU计划的主要bootloader。GRUB最初是由Erich Boleyn为GNU Mach操作系统撰写的引导程序。后来有Gordon Matzigkeit和Okuji Yoshinori接替Erich的工作,继续维护和开发GRUB。GRUB的网站http://www.gnu.org/software/grub /上有对套件使用的说明文件,叫作《GRUB manual》。GRUB能够使用TFTP和BOOTP或者DHCP通过网络启动,这种功能对于系统开发过程很有用。
      除了传统的Linux系统上的引导程序以外,还有其他一些引导程序,也可以支持磁盘引导启动。例如:LoadLin可以从DOS下启动Linux;还有ROLO、LinuxBIOS,U-Boot也支持这种功能。
      3.Flash启动方式
      大多数嵌入式系统上都使用Flash存储介质。Flash有很多类型,包括NOR Flash、NAND Flash和其他半导体盘。其中,NOR Flash(也就是线性Flash)使用最为普遍。
      NOR Flash可以支持随机访问,所以代码是可以直接在Flash上执行的。Bootloader一般是存储在Flash芯片上的。另外,Linux内核映像和RAMDISK也可以存储在Flash上。通常需要把Flash分区使用,每个区的大小应该是Flash擦除块大小的整数倍。图2是 Bootloader和内核映像以及文件系统的分区表。

      图2  Flash存储示意图
      Bootloader一般放在Flash的底端或者顶端,这要根据处理器的复位向量设置。要使Bootloader的入口位于处理器上电执行第一条指令的位置。
      接下来分配参数区,这里可以作为Bootloader的参数保存区域。
      再下来内核映像区。Bootloader引导Linux内核,就是要从这个地方把内核映像解压到RAM中去,然后跳转到内核映像入口执行。
      然后是文件系统区。如果使用Ramdisk文件系统,则需要Bootloader把它解压到RAM中。如果使用JFFS2文件系统,将直接挂接为根文件系统。这两种文件系统将在第12章详细讲解。
      最后还可以分出一些数据区,这要根据实际需要和Flash大小来考虑了。
      这些分区是开发者定义的,Bootloader一般直接读写对应的偏移地址。到了Linux内核空间,可以配置成MTD设备来访问Flash分区。但是,有的Bootloader也支持分区的功能,例如:Redboot可以创建Flash分区表,并且内核MTD驱动可以解析出redboot的分区表。
      除了NOR Flash,还有NAND Flash、Compact Flash、DiskOnChip等。这些Flash具有芯片价格低,存储容量大的特点。但是这些芯片一般通过专用控制器的I/O方式来访问,不能随机访问,因此引导方式跟NOR Flash也不同。在这些芯片上,需要配置专用的引导程序。通常,这种引导程序起始的一段代码就把整个引导程序复制到RAM中运行,从而实现自举启动,这跟从磁盘上启动有些相似.

BootLoader 的移植和修改
  •   BootLoader除了依赖于 CPU 的体系结构外,BootLoader 实际上也依赖于具体的嵌入式板级设备的配置,比如板卡的硬件地址分配,RAM芯片的类型,其他外设的类型等。
      对于两块不同的嵌入式板而言,即使它们是基于同一种 CPU而构建的,如果他们的硬件资源和配置不一致的话,要想让运行在一块板子上的BootLoader程序也能运行在另一块板子上,也还是需要作一些必要的修改。

BootLoader 的安装
  •   系统加电或复位后,所有的CPU通常都从CPU制造商预先安排的地址上取指令。比如,S3C44B0在复位时都从地址 0x00000000 取它的第一条指令。
      嵌入式系统通常都有某种类型的固态存储设备(比如:ROM、EEPROM或FLASH等)被安排这个起始地址上,因此在系统加电后,CPU将首先执行BootLoader程序。
      也就是说对于基于S3C44B0的这套系统,我们的BootLoader是从0地址开始存放的,而这块起始地址需要采用可引导的固态存储设备如FLASH。

BootLoader安装位置
  •   Boot loader 就是在操作系统内核运行之前运行的一段小程序。通过这段小程序,可以初始化硬件设备、建立内存空间的映射图,从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态,以便为最终调用操作系统内核准备好正确的环境。
      系统加电或复位后,所有的CPU 通常都从某个预先安排的地址上取指令。例如,基于ARM7TDMI core 的CPU 在复位时通常都从地址0x00000000取它的第一条指令。而基于CPU 构建的嵌入式系统通常都有某种类型的固态存储设备(比如:ROM、EEPROM、或 Flash 等)被映射到这个预先安排的地址上。因此在系统加电后,CPU 将首先执行 Bootloader 程序。通常总是将Boot Loader 安装在嵌入式系统的存储设备的最前端。
      固态存储设备的空间划分(地址从低到高顺序):Bootloader,Bootloader参数,内核映像,根文件系统映像。
继承事业,薪火相传
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