嵌入式系统精.ppt

嵌入式系统课件第1页，本讲稿共40页概述n Boot Loader Boot Loader 就是在操作系统内核运行之前运行的一段小程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，我们可以初始化硬件设备、建立内存空序。通过这段小程序，我们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，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。以便为最终调用操作系统内核准备好正确的环境。n通常，通常，Boot Loader Boot Loader 是严重地依赖于硬件而实现的，特别是在是严重地依赖于硬件而实现的，特别是在嵌入式世界。因此，在嵌入式世界里建立一个通用的嵌入式世界。因此，在嵌入式世界里建立一个通用的 Boot Boot Loader Loader 几乎是不可能的。尽管如此，我们仍然可以对几乎是不可能的。尽管如此，我们仍然可以对 Boot Boot Loader Loader 归纳出一些通用的概念来，以指导用户特定的归纳出一些通用的概念来，以指导用户特定的 Boot Boot Loader Loader 设计与实现。设计与实现。第2页，本讲稿共40页n Boot LoaderBoot Loader（启动）代码类似于（启动）代码类似于PCPC的的BIOSBIOS（基本输入输出系统），（基本输入输出系统），它从系统上电或复位接管它从系统上电或复位接管CPUCPU，所有的，所有的CPUCPU通常都是从某个由通常都是从某个由CPUCPU制制造商预先安排好的地址上取指令，基于造商预先安排好的地址上取指令，基于ARM7TDMI Core ARM7TDMI Core 的的CPUCPU在复在复位时从地址位时从地址0 x000000000 x00000000取他的第一条指令。而基于取他的第一条指令。而基于CPUCPU构建的嵌入构建的嵌入式系统都有某种类型的固态存储设备（例如：式系统都有某种类型的固态存储设备（例如：ROMROM、EEPROMEEPROM、或、或FLASHFLASH等）被映射到这个预先安排的地址上，因此在系统加电后，等）被映射到这个预先安排的地址上，因此在系统加电后，CPUCPU将首先执行将首先执行Boot LoaderBoot Loader程序。程序。第3页，本讲稿共40页Boot LoaderBoot Loader的主要任务的主要任务n 第4页，本讲稿共40页7.2 Boot LoaderBoot Loader与嵌入式系统关系与嵌入式系统关系n一个同时装有一个同时装有Boot LoaderBoot Loader、内核启动参数、内核映像和根文件、内核启动参数、内核映像和根文件系统映像的固态存储设备的典型空间分配结构图如下图所示：系统映像的固态存储设备的典型空间分配结构图如下图所示：n 第5页，本讲稿共40页7.2.1 Boot LoaderBoot Loader的操作模式的操作模式n大多数大多数 Boot Loader Boot Loader 都包含两种不同的操作模式：都包含两种不同的操作模式：启动启动加载加载 模式和模式和 下载下载 模式，这种区别仅对于开发人员才有意模式，这种区别仅对于开发人员才有意义。但从最终用户的角度看，义。但从最终用户的角度看，Boot Loader Boot Loader 的作用就是用的作用就是用来加载操作系统，而并不存在所谓的启动加载模式与下载来加载操作系统，而并不存在所谓的启动加载模式与下载工作模式的区别。工作模式的区别。第6页，本讲稿共40页启动加载（启动加载（Boot loadingBoot loading）模式：）模式：n这种模式也称为这种模式也称为 自主自主（AutonomousAutonomous）模式。也即）模式。也即 Boot Boot Loader Loader 从目标机上的某个固态存储设备上将操作系统加载从目标机上的某个固态存储设备上将操作系统加载到到 RAM RAM 中运行，整个过程并没有用户的介入。这种模式是中运行，整个过程并没有用户的介入。这种模式是 Boot Loader Boot Loader 的正常工作模式，因此在嵌入式产品发布的的正常工作模式，因此在嵌入式产品发布的时侯，时侯，Boot Loader Boot Loader 显然必须工作在这种模式下。显然必须工作在这种模式下。第7页，本讲稿共40页下载（下载（DownloadingDownloading）模式）模式 n在这种模式下，目标机上的在这种模式下，目标机上的 Boot Loader Boot Loader 将通过串口连接或网将通过串口连接或网络连接等通信手段从主机（络连接等通信手段从主机（HostHost）下载文件，比如：下载内核）下载文件，比如：下载内核映像和根文件系统映像等。从主机下载的文件通常首先被映像和根文件系统映像等。从主机下载的文件通常首先被 Boot Boot Loader Loader 保存到目标机的保存到目标机的 RAM RAM 中，然后再被中，然后再被 Boot Loader Boot Loader 写到写到目标机上的目标机上的FLASH FLASH 类固态存储设备中。类固态存储设备中。nBoot Loader Boot Loader 的这种模式通常在第一次安装内核与根文件系统的这种模式通常在第一次安装内核与根文件系统时被使用；此外，以后的系统更新也会使用时被使用；此外，以后的系统更新也会使用 Boot Loader Boot Loader 的这的这种工作模式。工作于这种模式下的种工作模式。工作于这种模式下的 Boot Loader Boot Loader 通常都会向它通常都会向它的终端用户提供一个简单的命令行接口。的终端用户提供一个简单的命令行接口。第8页，本讲稿共40页n像像 Blob Blob 或或 U-Boot U-Boot 等等这这样样功功能能强强大大的的 Boot Boot Loader Loader 通通常常同同时时支支持持这这两两种种工工作作模模式式，而而且且允允许许用用户户在在这这两两种种工工作作模模式式之之间间进进行行切切换换。比比如如，Blob Blob 在在启启动动时时处处于于正正常常的的启启动动加加载载模模式式，但但是是它它会会延延时时 10 10 秒秒等等待待终终端端用用户户按按下下任任意意键键而而将将 blob blob 切切换换到到下下载载模模式式。如如果果在在 10 10 秒秒内没有用户按键，则内没有用户按键，则 blob blob 继续启动继续启动 Linux Linux 内核。内核。第9页，本讲稿共40页控制控制 Boot Loader Boot Loader 的设备或机制的设备或机制n主机和目标机之间一般通过串口建立连接，主机和目标机之间一般通过串口建立连接，Boot Loader Boot Loader 软件在执行时通常会通过串口来进行软件在执行时通常会通过串口来进行 I/O I/O，比如：输出，比如：输出打印信息到串口，从串口读取用户控制字符等。打印信息到串口，从串口读取用户控制字符等。第10页，本讲稿共40页BootLoaderBootLoader 与主机之间进行文件与主机之间进行文件传输所用的通信设备及协议传输所用的通信设备及协议 n最常见的情况就是，目标机上的最常见的情况就是，目标机上的 Boot Loader Boot Loader 通过串口与主通过串口与主机之间进行文件传输，传输协议通常是机之间进行文件传输，传输协议通常是 xmodem xmodemymodemymodemzmodem zmodem 协议中的一种。但是，串口传输的速度是有限的，因协议中的一种。但是，串口传输的速度是有限的，因此通过以太网连接并借助此通过以太网连接并借助 TFTP TFTP 协议来下载文件是个更好的协议来下载文件是个更好的选择。选择。n此外，在论及这个话题时，主机方所用的软件也要考虑。比如，在此外，在论及这个话题时，主机方所用的软件也要考虑。比如，在通过以太网连接和通过以太网连接和 TFTP TFTP 协议来下载文件时，主机方必须有一个软协议来下载文件时，主机方必须有一个软件用来的提供件用来的提供 TFTP TFTP 服务。服务。第11页，本讲稿共40页7.3 Boot Loader7.3 Boot Loader的主要功能和典型结构的主要功能和典型结构 首先我们做一个假定，那就是：假定内核映像与根文首先我们做一个假定，那就是：假定内核映像与根文件系统映像都被加载到件系统映像都被加载到 RAM RAM 中运行。之所以提出这样一个中运行。之所以提出这样一个假设前提是因为，在嵌入式系统中内核映像与根文件系统假设前提是因为，在嵌入式系统中内核映像与根文件系统映像也可以直接在映像也可以直接在 ROM ROM 或或 Flash Flash 这样的固态存储设备中这样的固态存储设备中直接运行。但这种做法无疑是以运行速度的牺牲为代价的。直接运行。但这种做法无疑是以运行速度的牺牲为代价的。第12页，本讲稿共40页n 从操作系统的角度看，从操作系统的角度看，Boot Loader Boot Loader 的总目标就是正的总目标就是正确地调用内核来执行。确地调用内核来执行。n由于由于 Boot Loader Boot Loader 的实现依赖于的实现依赖于 CPU CPU 的体系结构，因此大多数的体系结构，因此大多数 Boot Boot Loader Loader 都分为都分为 stage1 stage1 和和 stage2 stage2 两大部分。依赖于两大部分。依赖于 CPU CPU 体系结构的体系结构的代码，比如设备初始化代码等，通常都放在代码，比如设备初始化代码等，通常都放在 stage1 stage1 中，而且通常都用中，而且通常都用汇编语言来实现，以达到短小精悍的目的。汇编语言来实现，以达到短小精悍的目的。n而而 stage2 stage2 则通常用则通常用C C语言来实现，这样可以实现给复杂的功语言来实现，这样可以实现给复杂的功能，而且代码会具有更好的可读性和可移植性。能，而且代码会具有更好的可读性和可移植性。第13页，本讲稿共40页nBoot Boot Loader Loader 的的 stage1 stage1 通通常常包包括括以以下下步步骤骤(以以执执行行的的先先后后顺顺序序)：n硬件设备初始化。硬件设备初始化。n为加载为加载 Boot Loader Boot Loader 的的 stage2 stage2 准备准备 RAM RAM 空间。空间。n拷贝拷贝 Boot Loader Boot Loader 的的 stage2 stage2 到到 RAM RAM 空间中。空间中。n设置好堆栈。设置好堆栈。n跳转到跳转到 stage2 stage2 的的 C C 入口点。入口点。第14页，本讲稿共40页nBoot Loader Boot Loader 的的 stage2 stage2 通常包括以下步骤通常包括以下步骤(以执行的先后顺序以执行的先后顺序)：n初始化本阶段要使用到的硬件设备。初始化本阶段要使用到的硬件设备。n检测系统内存映射检测系统内存映射(memory map)(memory map)。n将将 kernel kernel 映像和根文件系统映像从映像和根文件系统映像从 flash flash 上读到上读到 RAM RAM 空间中。空间中。n为内核设置启动参数。为内核设置启动参数。n调用内核。调用内核。第15页，本讲稿共40页7.3.1 Boot Loader的阶段一1 1 基本的硬件初始化基本的硬件初始化 n这是这是 Boot Loader Boot Loader 一开始就执行的操作，其目的是为一开始就执行的操作，其目的是为 stage2 stage2 的的执行以及随后的执行以及随后的 kernel kernel 的执行准备好一些基本的硬件环境。它的执行准备好一些基本的硬件环境。它通常包括以下步骤（以执行的先后顺序）：通常包括以下步骤（以执行的先后顺序）：第16页，本讲稿共40页1 1 屏蔽所有的中断。为中断提供服务通常是屏蔽所有的中断。为中断提供服务通常是 OS OS 设备驱动程序的责设备驱动程序的责任，因此在任，因此在 Boot Loader Boot Loader 的执行全过程中可以不必响应任何中断。的执行全过程中可以不必响应任何中断。中断屏蔽可以通过写中断屏蔽可以通过写 CPU CPU 的中断屏蔽寄存器或状态寄存器（比如的中断屏蔽寄存器或状态寄存器（比如 ARM ARM 的的 CPSR CPSR 寄存器）来完成。寄存器）来完成。2 2 设置设置 CPU CPU 的速度和时钟频率。的速度和时钟频率。3 3 RAM RAM 初始化。包括正确地设置系统的内存控制器的功能寄存器以初始化。包括正确地设置系统的内存控制器的功能寄存器以及各内存库控制寄存器等。及各内存库控制寄存器等。4 4 初始化初始化 LED LED。典型地，通过。典型地，通过 GPIO GPIO 来驱动来驱动 LED LED，其目的是表明，其目的是表明系统的状态是系统的状态是 OK OK 还是还是 Error Error。如果板子上没有。如果板子上没有 LED LED，那么也，那么也可以通过初始化可以通过初始化 UART UART 向串口打印向串口打印 Boot Loader Boot Loader 的的 Logo Logo 字符字符信息来完成这一点。信息来完成这一点。5 5 关闭关闭 CPU CPU 内部指令数据内部指令数据 cache cache。第17页，本讲稿共40页2 2 为加载为加载 stage2 stage2 准备准备 RAM RAM 空间空间 n为了获得更快的执行速度，通常把为了获得更快的执行速度，通常把 stage2 stage2 加载到加载到 RAM RAM 空间中空间中来执行，因此必须为加载来执行，因此必须为加载 Boot Loader Boot Loader 的的 stage2 stage2 准备好一段准备好一段可用的可用的 RAM RAM 空间范围。空间范围。n由于由于 stage2 stage2 通常是通常是 C C 语言执行代码，因此在考虑空间大小时，除了语言执行代码，因此在考虑空间大小时，除了 stage2 stage2 可执行映象的大小外，还必须把堆栈空间也考虑进来。此外，空可执行映象的大小外，还必须把堆栈空间也考虑进来。此外，空间大小最好是间大小最好是 memory page memory page 大小大小(通常是通常是 4KB)4KB)的倍数。一般而言，的倍数。一般而言，1M 1M 的的 RAM RAM 空间已经足够了。具体的地址范围可以任意安排，比如空间已经足够了。具体的地址范围可以任意安排，比如 blob blob 就将它就将它的的 stage2 stage2 可执行映像安排到从系统可执行映像安排到从系统 RAM RAM 起始地址起始地址 0 xc0200000 0 xc0200000 开始的开始的 1M 1M 空间内执行。但是，将空间内执行。但是，将 stage2 stage2 安排到整个安排到整个 RAM RAM 空间的最顶空间的最顶 1MB(1MB(也也即即(RamEnd-1MB)-RamEnd)(RamEnd-1MB)-RamEnd)是一种值得推荐的方法是一种值得推荐的方法。第18页，本讲稿共40页n为了后面的叙述方便，这里把所安排的为了后面的叙述方便，这里把所安排的 RAM RAM 空间范围的大小记空间范围的大小记为：为：stage2_size(stage2_size(字节字节)，把起始地址和终止地址分别记为：，把起始地址和终止地址分别记为：stage2_start stage2_start 和和 stage2_end(stage2_end(这两个地址均以这两个地址均以 4 4 字节边界对齐字节边界对齐)。因此：。因此：nstage2_endstage2_endstage2_startstage2_startstage2_sizestage2_size 第19页，本讲稿共40页n另外，还必须确保所安排的地址范围的的确确是可读写的另外，还必须确保所安排的地址范围的的确确是可读写的 RAM RAM 空空间，因此，必须对你所安排的地址范围进行测试。具体的测试方间，因此，必须对你所安排的地址范围进行测试。具体的测试方法可以采用类似于法可以采用类似于 blob blob 的方法，也即：以的方法，也即：以 memory page memory page 为被测为被测试单位，测试每个试单位，测试每个 memory page memory page 开始的两个字是否是可读写的。开始的两个字是否是可读写的。n为了后面叙述的方便，我们记这个检测算法为：为了后面叙述的方便，我们记这个检测算法为：test_mempagetest_mempage，其具体步骤如下：，其具体步骤如下：第20页，本讲稿共40页1 1 先保存先保存 memory page memory page 一开始两个字的内容。一开始两个字的内容。2 2 向这两个字中写入任意的数字。比如：向第一个字写入向这两个字中写入任意的数字。比如：向第一个字写入 0 x55 0 x55，第，第 2 2 个字写入个字写入 0 xaa 0 xaa。3 3 立即将这两个字的内容读回。显然，我们读到的内容应该分别是立即将这两个字的内容读回。显然，我们读到的内容应该分别是 0 x55 0 x55 和和 0 xaa 0 xaa。如果不是，则说明这个。如果不是，则说明这个 memory page memory page 所占据的地所占据的地址范围不是一段有效的址范围不是一段有效的 RAM RAM 空间。空间。4 4 再向这两个字中写入任意的数字。比如：向第一个字写入再向这两个字中写入任意的数字。比如：向第一个字写入 0 xaa0 xaa，第，第 2 2 个字中写入个字中写入 0 x55 0 x55。第21页，本讲稿共40页3-2 操作系统相关的概念5 5 然后，立即将这两个字的内容立即读回。显然，我们读到的内容应该然后，立即将这两个字的内容立即读回。显然，我们读到的内容应该分别是分别是 0 xaa 0 xaa 和和 0 x55 0 x55。如果不是，则说明这个。如果不是，则说明这个 memory page memory page 所占据的所占据的地址范围不是一段有效的地址范围不是一段有效的 RAM RAM 空间。空间。6 6 恢复这两个字的原始内容。测试完毕。为了得到一段干净的恢复这两个字的原始内容。测试完毕。为了得到一段干净的 RAM RAM 空间范围，我们也可以将所安排的空间范围，我们也可以将所安排的 RAM RAM 空间范围进行清空间范围进行清零操作。零操作。第22页，本讲稿共40页3 3、拷贝、拷贝 stage2 stage2 到到 RAM RAM 中中 n拷贝时要确定两点：拷贝时要确定两点：n(1)stage2(1)stage2 的可执行映象在固态存储设备的存放起的可执行映象在固态存储设备的存放起始地址和终止地址；始地址和终止地址；n(2)RAM(2)RAM 空间的起始地址。空间的起始地址。第23页，本讲稿共40页4 4、设置堆栈指针、设置堆栈指针 sp sp n堆栈指针的设置是为了执行堆栈指针的设置是为了执行 C C 语言代码作好准备。通常我们可以语言代码作好准备。通常我们可以把把 sp sp 的值设置为的值设置为(stage2_end-4)(stage2_end-4)，也即在所安排的那个，也即在所安排的那个 1MB 1MB 的的 RAM RAM 空间的最顶端空间的最顶端(堆栈向下生长堆栈向下生长)。n此外，在设置堆栈指针此外，在设置堆栈指针 sp sp 之前，也可以关闭之前，也可以关闭 led led 灯，以提示灯，以提示用户我们准备跳转到用户我们准备跳转到 stage2 stage2。第24页，本讲稿共40页5 5、跳转到、跳转到 stage2 stage2 的的 C C 入口点入口点 n在上述一切都就绪后，就可以跳转到在上述一切都就绪后，就可以跳转到 Boot Boot Loader Loader 的的 stage2 stage2 去执行了。比如，在去执行了。比如，在 ARM ARM 系统中，这可以通过修改系统中，这可以通过修改 PC PC 寄存器为寄存器为合适的地址来实现。合适的地址来实现。第25页，本讲稿共40页bootloader bootloader 的的 stage2 stage2 可执行映象刚被拷贝到可执行映象刚被拷贝到 RAM RAM 空间时的系统内存布局空间时的系统内存布局第26页，本讲稿共40页7.3.2 Boot Loader 7.3.2 Boot Loader 的的 stage2 stage2 nstage2 stage2 的代码通常用的代码通常用 C C 语言来实现，以便于实现更复杂的功语言来实现，以便于实现更复杂的功能和取得更好的代码可读性和可移植性能和取得更好的代码可读性和可移植性。n但是与普通但是与普通 C C 语言应用程序不同的是，在编译和链接语言应用程序不同的是，在编译和链接 boot loader boot loader 这这样的程序时，我们不能使用样的程序时，我们不能使用 glibc glibc 库中的任何支持函数。库中的任何支持函数。n这就带来一个问题，那就是从那里跳转进这就带来一个问题，那就是从那里跳转进 main()main()函数呢？直接函数呢？直接把把 main()main()函数的起始地址作为整个函数的起始地址作为整个 stage2 stage2 执行映像的入口点执行映像的入口点或许是最直接的想法。但是这样做有两个缺点：或许是最直接的想法。但是这样做有两个缺点：1)1)无法通过无法通过main()main()函数传递函数参数；函数传递函数参数；2)2)无法处理无法处理 main()main()函数返回的情况。函数返回的情况。第27页，本讲稿共40页 一种更为巧妙的方法是利用一种更为巧妙的方法是利用 trampoline(trampoline(弹簧床弹簧床)的概念。也的概念。也即，用汇编语言写一段即，用汇编语言写一段trampoline trampoline 小程序，并将这段小程序，并将这段 trampoline trampoline 小程序来作为小程序来作为 stage2 stage2 可执行映象的执行入口点。然可执行映象的执行入口点。然后我们可以在后我们可以在 trampoline trampoline 汇编小程序中用汇编小程序中用 CPU CPU 跳转指令跳入跳转指令跳入 main()main()函数中去执行；而当函数中去执行；而当 main()main()函数返回时，函数返回时，CPU CPU 执行路径执行路径显然再次回到我们的显然再次回到我们的 trampoline trampoline 程序。简而言之，这种方法的程序。简而言之，这种方法的思想就是：用这段思想就是：用这段 trampoline trampoline 小程序来作为小程序来作为 main()main()函数的外函数的外部包裹部包裹(external wrapper)(external wrapper)。第28页，本讲稿共40页trampoline trampoline 程序示例程序示例(来自来自blob)blob)：.text.text.globl _trampoline.globl _trampoline _trampoline:_trampoline:bl main/*if main ever returns we just call it again*/bl main/*if main ever returns we just call it again*/b _trampoline b _trampoline 可以看出，当可以看出，当 main()main()函数返回后，我们又用一条跳转指令重新执行函数返回后，我们又用一条跳转指令重新执行 trampoline trampoline 程序程序当然也就重新执行当然也就重新执行 main()main()函数，这也就是函数，这也就是 trampoline(trampoline(弹簧床弹簧床)一词的意思所在。一词的意思所在。第29页，本讲稿共40页1 1、初始化本阶段要使用到的硬件设备、初始化本阶段要使用到的硬件设备 n这通常包括：（这通常包括：（1 1）初始化至少一个串口，以便和终）初始化至少一个串口，以便和终端用户进行端用户进行 I/O I/O 输出信息；（输出信息；（2 2）初始化计时器等。）初始化计时器等。n在初始化这些设备之前，也可以重新把在初始化这些设备之前，也可以重新把 LED LED 灯点亮，灯点亮，以表明我们已经进入以表明我们已经进入 main()main()函数执行。函数执行。n设备初始化完成后，可以输出一些打印信息，程序名字字设备初始化完成后，可以输出一些打印信息，程序名字字符串、版本号等。符串、版本号等。第30页，本讲稿共40页 2 2 检测系统的内存映射（检测系统的内存映射（memory mapmemory map）n所谓内存映射就是指在整个所谓内存映射就是指在整个 4GB 4GB 物理地址空间中有哪些地址范围物理地址空间中有哪些地址范围被分配用来寻址系统的被分配用来寻址系统的 RAM RAM 单元。单元。n比如，在比如，在 SA-1100 CPU SA-1100 CPU 中，从中，从 0 xC000,0000 0 xC000,0000 开始的开始的 512M 512M 地地址空间被用作系统的址空间被用作系统的 RAM RAM 地址空间，而在地址空间，而在 Samsung S3C44B0X Samsung S3C44B0X CPU CPU 中，从中，从 0 x0c00,0000 0 x0c00,0000 到到 0 x1000,0000 0 x1000,0000 之间的之间的 64M 64M 地址地址空间被用作系统的空间被用作系统的 RAM RAM 地址空间。地址空间。第31页，本讲稿共40页n虽然虽然 CPU CPU 通常预留出一大段足够的地址空间给系统通常预留出一大段足够的地址空间给系统 RAM RAM，但，但是在搭建具体的嵌入式系统时却不一定会实现是在搭建具体的嵌入式系统时却不一定会实现 CPU CPU 预留的全预留的全部部 RAM RAM 地址空间。也就是说，具体的嵌入式系统往往只把地址空间。也就是说，具体的嵌入式系统往往只把 CPU CPU 预留的全部预留的全部 RAM RAM 地址空间中的一部分映射到地址空间中的一部分映射到 RAM RAM 单元上，单元上，而让剩下的那部分预留而让剩下的那部分预留 RAM RAM 地址空间处于未使用状态。地址空间处于未使用状态。第32页，本讲稿共40页n由于上述这个事实，因此由于上述这个事实，因此 Boot Loader Boot Loader 的的 stage2 stage2 必须在它想干点什么必须在它想干点什么(比如，将存储比如，将存储在在 flash flash 上的内核映像读到上的内核映像读到 RAM RAM 空间中空间中)之前检测整个系统的内存映射情况，也即它之前检测整个系统的内存映射情况，也即它必须知道必须知道 CPU CPU 预留的全部预留的全部 RAM RAM 地址空间中地址空间中的哪些被真正映射到的哪些被真正映射到 RAM RAM 地址单元，哪些是地址单元，哪些是处于处于 unused unused 状态的。状态的。第33页，本讲稿共40页(1)(1)内存映射的描述内存映射的描述 n用如下数据结构来描述用如下数据结构来描述 RAM RAM 地址空间中的一段连续地址空间中的一段连续(continuous)(continuous)的地址范围：的地址范围：这段这段 RAM RAM 地址空间中的连续地址范围可以处于两种状态之一：地址空间中的连续地址范围可以处于两种状态之一：(1)used=1(1)used=1，则说明这段连续的地址范围已被实现，也即真正地被映射到则说明这段连续的地址范围已被实现，也即真正地被映射到 RAM RAM 单元上。单元上。(2)used=0(2)used=0，则说明这段连续的地址范围并未被系统所实现，而是处于未，则说明这段连续的地址范围并未被系统所实现，而是处于未使用状态。使用状态。第34页，本讲稿共40页3 3 加载内核映像和根文件系统映像加载内核映像和根文件系统映像（1 1）规划内存占用的布局规划内存占用的布局 n这里包括两个方面：这里包括两个方面：(1)(1)内核映像所占用的内存范围；内核映像所占用的内存范围；（2 2）根文件系统所占用的内存范围。）根文件系统所占用的内存范围。在规划内存占用的布局时，主要考虑基地址在规划内存占用的布局时，主要考虑基地址和映像的大小两个方面。和映像的大小两个方面。第35页，本讲稿共40页n对于内核映像，一般将其拷贝到从对于内核映像，一般将其拷贝到从(MEM_START(MEM_START0 x8000)0 x8000)这个这个基地址开始的大约基地址开始的大约1MB1MB大小的内存范围内大小的内存范围内(嵌入式嵌入式 Linux Linux 的内核的内核一般都不操过一般都不操过 1MB)1MB)。n为什么要把从为什么要把从 MEM_START MEM_START 到到 MEM_START MEM_START0 x8000 0 x8000 这段这段 32KB 32KB 大大小的内存空出来呢？这是因为小的内存空出来呢？这是因为 Linux Linux 内核要在这段内存中放置一内核要在这段内存中放置一些全局数据结构，如：启动参数和内核页表等信息。些全局数据结构，如：启动参数和内核页表等信息。n而对于根文件系统映像，则一般将其拷贝到而对于根文件系统映像，则一般将其拷贝到 MEM_START+0 x0010,0000 MEM_START+0 x0010,0000 开始的地方。如果用开始的地方。如果用 Ramdisk Ramdisk 作为根文作为根文件系统映像，则其解压后的大小一般是件系统映像，则其解压后的大小一般是1MB1MB。第36页，本讲稿共40页（2 2）从）从 Flash Flash 上拷贝上拷贝 n由于像由于像 ARM ARM 这样的嵌入式这样的嵌入式 CPU CPU 通常都是在统一的内存地址空间通常都是在统一的内存地址空间中寻址中寻址 Flash Flash 等固态存储设备的，因此从等固态存储设备的，因此从 Flash Flash 上读取数据与上读取数据与从从 RAM RAM 单元中读取数据并没有什么不同。用一个简单的循环就可单元中读取数据并没有什么不同。用一个简单的循环就可以完成从以完成从 Flash Flash 设备上拷贝映像的工作：设备上拷贝映像的工作：第37页，本讲稿共40页4 4 调用内核调用内核 nBoot Loader Boot Loader 调用调用 Linux Linux 内核的方法是直内核的方法是直接跳转到内核的第一条指令处，也即直接跳接跳转到内核的第一条指令处，也即直接跳转到转到 MEM_START MEM_START0 x8000 0 x8000 地址处。在跳转地址处。在跳转时，下列条件要满足：时，下列条件要满足：第38页，本讲稿共40页n1 1 CPU CPU 寄存器的设置：寄存器的设置：nR0R00 0；R1R1机器类型机器类型 ID ID；关于；关于 Machine Type Number Machine Type Number，可以参见，可以参见 linux/arch/arm/tools/mach-typeslinux/arch/arm/tools/mach-types。R2R2启动参数标记列表在启动参数标记列表在 RAM RAM 中起始基地址；中起始基地址；n2 2 CPU CPU 模式：模式：必须禁止中断（必须禁止中断（IRQsIRQs和和FIQsFIQs）；）；CPU CPU 必须必须 SVC SVC 模式；模式；n3 3 Cache Cache 和和 MMU MMU 的设置：的设置：MMU MMU 必须关闭；指令必须关闭；指令 Cache Cache 可以打开也可以关闭；数据可以打开也可以关闭；数据 Cache Cache 必必须关闭；须关闭；第39页，本讲稿共40页第40页，本讲稿共40页