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引导装载程序在Linux中的应用 |
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引导装载程序(BootLoader)通常是在硬件上执行的第一段代码。虽然目前在Linux开源社区里有大量的引导装载程序，但是对于很多嵌入式设备上的应用来说，这些引导装载程序都显得过于复杂和冗长。为此，本文专门针对PowerPC E300系列处理芯片，设计了一款小型BootLoader程序，并命名为Genesis。该程序结构简单、功能完善，能很好地引导Linux内核以及文件系统。
环境要求及系统映像
硬件环境
本文中开发的硬件环境如下：处理器采用MPC83xx系列;内存采用512M的DDR2内存;闪存采用8MB的闪存;串口采用uart16550;波特率采用115200。
编译环境
程序在mvl-linux、linux-kernal-2.6.10和gcc编译器环境下编译。
系统文件存放映像
Genesis程序存放在一块闪存里面。对于小型的Linux系统，包括内核和文件系统都和装载引导程序BootLoader一起编译产生二进制文件，最后存放在闪存中，在上电之后搬移到内存执行。图1就是编译产生的系统文件代码在闪存中以及搬移到内存以后的示意图。
Genesis的实现
Genesis的主体结构
功能完善的引导装载程序BootLoader必须经过以下几个步骤，即：初始化CPU;初始化内存，包括启用内存库、初始化内存配置寄存器等;初始化串行端口(如果在目标板上有的话);启用指令/数据高速缓存;设置堆栈指针;设置参数区域并构造参数结构和标记(这是重要的一步，因为内核在标识根设备、页面大小、内存大小以及更多内容时要使用引导参数);打开/关闭看门狗;调用主体入口函数;跳转到内核的开始。
程序模型的建立
根据Genesis的主体架构，本文在程序体内分别建立了几个最为重要的code程序：entry.S;board.c;cpu.c;console.c;main.c。这些程序的执行顺序如图2所示。
程序设计
这里，entry.S是程序的入口。entry.S中的代码全部是汇编指令。整个程序都围绕这些汇编代码展开。
cpu.c的功能是初始化CPU内核，CPU主要控制器以及系统时钟控制器;board.c主要是初始化跟目标板密切相关的外围设备，包括闪存、CPLD以及系统内存等;console.c是目标板的串口初始化程序，它对CPU的串口进行初始化，并配置串口的速率;main.c的功能就是引导Linux内核以及文件系统。
当CPU上电或者施加复位信号时，CPU通过读取数据总线D[0：3l]上的值或根据内部的缺省常数D[0：31]=0x00000000，来确定它的状态。如果CPU在读取总线值时，信号引脚RSTCONF#为低电平，则硬件复位配置字(HRCW)从总线上读取;若RSTCONF#为高电平，则HRCW选用内部的默认值。上电后，启动存储控制器CSO#(对应于闪存的片选信号)有效，选中闪存，CPU地址线上输出硬件复位中断向量对应的地址0x00000100，开始读第1条指令。在Genesis中，这条指令对应于entry.S中_start：标号处。代码段如下。
_start:
b boot_cold
boot_cold:
lis r4, DEFAULT_IMMR_ BASE@h
nop
boot_warm:
mfmsr r5
lis r3, IMMR_BASE@h
ori r3, r3, IMMR_BASE@l
stw r3, IMMR(r4)
接下来对CPU CORE进行初始化配置。首先是关闭CPU的看门狗。代码如下：
xor r4, r4, r4
stw r4, SWCRR(r3)
屏蔽所有的中断寄存器，并初始化高速缓存D-CACHE和I-CACHE：
.globl icache_enable
.globl icache_disable
.globl icache_status
.globl dcache_enable
.globl dcache_disable
.globl dcache_status
然后使用如下代码重新映射闪存的绝对地址：
map_flash_by_law1:
remap_flash_by_law0:
在CPU内部开放的高速缓存区设置堆栈。未初始化设备外部DRAM之前，只能利用CPU内部的cache作为内存。下一步就可以进入第二阶段的CPU初始化，即C语言环境：
setup_stack_in_data_cache_on_r1:
堆栈建立好以后，马上进入步骤S1,它跳转到cpu.c里面的cpu_init()函数。在这段代码里面，配置所有的CPU控制寄存器。在汇编里面调用C函数语句是bl cpu_init。
当配置结束以后，进入步骤S2,指针返回到entry.S。紧接着执行调用board_init函数，进入步骤S3,跳转到board.c里面，执行board_init()函数。在这个函数里面包括了几个重要部分。
1)get_clocks()函数
初始化CPU的PLL和系统时钟寄存器。
2 ) init_timebase()初始化计数器
3)初始化串口：serial_init (port,baudrate)
越早开通串口，对后面的工作越有好处。serial_init()调用的是console.c。对于E300内核的MPC83xx系列处理器，一般都提供两组UART接口，支持RS232、UART16550、HDLC等应用。本文将UART1用作串行输出接口，使用PC16550协议。由于后面很多调试都要依赖调试接口，因此，对串口的配置和初始化是比较重要的。这里主要是注意UART1和UART2的偏移地址分别是0x4500和 0x4600，它们的波特率都是从CSB_CLK时钟分频得到的。
4) DDR RAM初始化：long int initdram (int board_type)
这是很重要的一个步骤。如果DDR RAM配置< |
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