Mike's blog

vivi是當前比較流行的，專門針對ARM9處理器而設計的一款Bootloader，它操作簡便，同時提供了完備的命令體系。因此，對其進行分析和研究具有一定的實際意義。
　　vivi簡介
　　vivi是由韓國Mizi公司開發的一種Bootloader，適合于ARM9處理器，支持S3C2410x處理器，其源代碼可以在http://www.mizi.com網站下載。和所有的Bootloader一樣，vivi有兩種工作模式，即啟動加載模式和下載模式。當vivi處于下載模式時， 它為用戶提供一個命令行接口，通過該接口能使用vivi提供的一些命令集。
　　vivi運行過程分析
　　vivi作為一種Bootloader，其運行過程分成兩個階段。第一階段的代碼vivi/arch/s3c2410/head.s中定義，大小不超過10 KB，它包括從系統上電后在0x00000000地址開始執行的部分。這部分代碼運行在Flash中，它包括對S3C2410的一些寄存器、時鐘等的初始化并跳轉到第二階段執行。第二階段的代碼在vivi\init\main.c中，主要進行一些開發板初始化、內存映射和內存管理單元初始化等工作，最后會跳轉到boot_or_vivi()函數中，接收命令并進行處理。需要注意的是在Flash中執行完內存映射后，會將vivi代碼拷貝到SDRAM中執行。如圖1所示，給出了vivi的詳細的運行過程。
　　大多數Bootloader都分為stage1和stage2兩部分，stage2 的代碼通常用 C 語言來實現，以便于實現更復雜的功能并取得更好的代碼可讀性和可移植性。但是與普通C語言應用程序不同的是，在編譯和鏈接Bootloader 程序時，不能使用glibc庫中的函數。因此，從那里跳轉進main()函數，而把main()函數的起始地址作為整個stage2執行映像的入口點也存在兩個缺點：無法通過main()函數傳遞函數參數且無法處理main()函數返回的情況。
　　一種較為巧妙的方法是利用彈簧床的概念，也就是用匯編語言寫一段trampoline 小程序，并將這段程序作為stage2可執行映象的執行入口點，然后在trampoline匯編小程序中用CPU跳轉指令跳入main()函數中去執行。當main()函數返回時，CPU執行路徑再次回到trampoline程序。簡而言之，這種方法的思想就是：用這段 trampoline小程序來作為main()函數的外部包裹。
　　vivi中的trampoline程序如下：
　　@ get read to call C functions
　　ldr sp, DW_STACK_START @ setup stack pointer
　　mov fp, #0 @ no previous frame, so fp=0
　　mov a2, #0 @ set argv to NULL
　　bl main @ call main
　　mov pc, #FLASH_BASE @ otherwise, reboot；
　　正常情況下，程序能夠正常執行完畢，但是如果出錯了，就回到最后一條語句重新啟動系統。
　　圖1　vivi運行過程
　　vivi的移植
　　為了使移植工作更加快捷，本文選擇vivi-20030929版本。它不僅提供對ARM-920T內核的支持，而且直接提供了對于S3C2410x的板級支持，這使移植工作量相對減少。
　　vivi中與軟件相關的修改
　　vivi作為Linux系統的啟動代碼，在編譯配置時需要用到函數庫，包括交叉編譯器庫和頭文件，交叉編譯開關選項設置，還包括Linux內核代碼中的庫和頭文件，所以，通常需要修改vivi工程管理文件Makefile。
　　vivi中與硬件相關的初始化
　　與具體運行在哪一個處理器平臺上相關的文件都存放在vivi/arch/目錄下，本系統使用S3C2410x處理器，對應的目錄為s3c2410。
　　其中head.s文件是vivi啟動配置代碼，加電復位運行的代碼就是從這里開始的。由于該文件中對處理器的配置均通過調用外部定義常數或宏來實現，所以針對不同的平臺，只要是S3C2410x處理器，幾乎不用修改，只要修改外部定義的初始值即可。這部分初始值都在vivi/include/platform/smdk2410.h文件中定義，包括處理器時鐘、存儲器初始化、通用I/O口初始化以及vivi初始配置等。
　　對不同Flash啟動的修改
　　vivi能從Nor Flash或Nand Flash啟動，因此啟動程序以及Linux內核及根文件系統，甚至還包括圖形用戶界面等就需要存放在Nor Flash或Nand Flash中。這樣，作為啟動程序的vivi還需要根據實際情況來修改存放這些代碼的分區。本系統采用64MB Nand Flash、2MB Nor Falsh，需要由vivi進行分區才能運行Linux。分區指定的偏移地址就是代碼應該存放并執行的地址。
　　內核啟動參數設置
　　經過修改后，S3C2410x開發板能從Nand Flash中啟動運行Linux，也能從Nor Flash中啟動，所以相應地也要修改啟動命令，如下所示：
　　#ifdef CONFIG_S3C2410_N AND_BOOT
　　char Linux_cmd[] = "noinitrd root=/dev/bon/2 init=/Linuxrc console=tty0 console=ttyS0 ";
　　#else
　　char Linux_cmd[] = "noinitrd root=/dev/mtdblock/3 init=/Linuxrc console=tty0 console=ttyS0";
　　#endif
　　修改并實現Flash驅動
　　移植vivi的最后一步是實現Flash驅動，開發者需要根據自己系統中具體Flash芯片的型號及配置，修改驅動程序，使Flash設備能夠在嵌入式系統中正常工作。如果使用的是驅動尚未支持的Flash芯片，只需仿照其他型號，將Flash型號加入該驅動程序即可。
　　修改Flash驅動的關鍵一步是對flash. c文件的修改。flash. c是讀、寫和刪除Flash 設備的源代碼文件。 由于不同開發板中Flash 存儲器的種類各不相同，所以修改flash. c 時需參考相應的Flash 芯片手冊。它包括如下幾個函數：
　　unsigned long flash - init(void )，Flash 初始化；
　　void flash - print - info(flash - info - t *info)，打印Flash信息；
　　int flash - erase(flash - info - t*info，ints - first，ints -last)，Flash 擦除；
　　volatile static int write-hword(flash - info - t*info，ulongdest，ulong data)，Flash 寫入；
　　int write - buff(flash - info - t *info，uchar *src，ulongaddr，ulong cnt)，從內存復制數據。
　　當做好上述的移植工作后，就能對vivi進行編譯了。在編譯vivi之前，需要根據開發板進行適當的配置。保存并退出后，執行“make”命令開始編譯。把編譯好的vivi燒到Nor Flash中，加電重啟開發板就能運行vivi了。
　　結語
　　Bootloader是操作系統和硬件的樞紐，相對于操作系統內核來說，它是一個硬件抽象層。它負責初始化硬件，引導操作系統內核，檢測各種參數給操作系統內核使用。一個功能完備的大型Bootloader的工作量，相當于一個小型的操作系統。在嵌入式領域中，操作系統移植的關鍵在于Bootloader的移植和操作系統內核硬件相關部分的移植。嵌入式Linux操作系統作為開發嵌入式產品的首選，為其選擇一款合適的Bootloader能節省開發時間和資金，本文對于使用vivi啟動Linux內核具有較好的參考價值。