基于ARM-μCLinux嵌入式系统启动引导的实现

因为系统刚加电时，操作系统的内核还没有被加载，系统的初始化工作由bootloader完成。它主要是将系统、初始化存储系统、配置ARM各种模式下的数据栈、使能屏常中断、根据需要切换处理器模式和状态。

（3）μCLinux内核加载方式

固化在Flash中的μCLinux内核有两种运行方式：一种方式是直接在Flash中运行μCLinux自带的引导程序；另一种方式是将固化在Flash中的内核

第一种方式是bootloader进行系统初始化工作后，跳到内核固化在Flash中的首地址处，将控制权交给μCLinux，开始在Flash中逐句执行内核自带的引导程序，由该引导程序完成内核的加载工作。这种方式是目前很多嵌入式系统启动内核所采用的方式，也是本系统采用的内核加载方式。

第二种方式是bootloader完成系统初始化工作后，把内核的映像文件由Flash拷贝到SDRAM中，再从SDRAM中执行μCLinux内核的引导程序，加载μCLinux内核。

第二种加载方式在SDRAM中运行程序，因此执行速度比第一种方式快一些，并且可以通过RAM快速引导技术实现这种加载方式。其主要是针对NAND型Flash的情况。与NOR型Flash最大的不同点是：NOR型Flash使用内存随机读取技术，与SDRAM一样，可以直接执行存储在Flash中的程序；而NAND一样，可以直接内存随机读取技术，它是一次读取一整块内存，因此不能直接执行存储在NAND型Flash中的程序，必须把NAND型Flash中的程序先拷贝到SDRAM，再在SDRAM中执行该程序。但是NAND型Flash价格比NOR型Flash廉价，所以很多嵌入式系统还是采用NOR型Flash（几百K字节）+NAND型Flash（几兆字节）的存储模式。其中NOR型Flash存放可执行的且代码量小的bootloader和一些必要的数据，而NAND型Flash保存存储量较大的内核和文件系统。

在本系统中，由于采用NOR型Flash存储bootloader、内核和文件系统，所以可以直接访问内核所在地址区间的首地址，执行内核自己的引导程序，而且内核自带的引导程序功能强大，可以方便地内核的加载，向内核传递有关的硬件参数。本系统采用第一种加载方式。

（4）自举模式和内核启动模式的切换

Bootloader一般要实现两种启动模式：自举模式和内核启动模式。自举模式也称为bootstrap模式，该模式的主要作用是目标机通过串口与主机通信，可以接收主机发送过来的映像文件，例如内核、文件系统和应用程序，并将其固化在Flash中，也可以将Flash中的映像文件上传到主机。内核启动模式允许嵌入式系统加电启动后加载μCLinux内核，将系统交由μCLinux操作系统管理。

在本系统中，采用一个开关实现两种模式的切抽象。在系统的Flash中只有bootloader时，首先将开关拔上去，提示系统进入自举模式，加电启动后，bootloader根据开关的状态，进入自举模式，接收主机发送过来的内核和文件系统的映像文件。接着将开关拔下来，提示系统进入内核启动模式，再按链，bootloader根据此时的开关状态进入内核启动模式，加载内核和文件系统，由操作系统接管系统。以后也可以根据需要，设置开关的状态，以提示系统进入不同的启动模式。

（5）地址映射表的配置和重映射

地址映射表的配置包括设置Flash地址空间、SDRAM地址空间、外部I/O地址范围和处理器寄存器地址范围。ARM处理器加电后执行在地址0x0处的代码，因此在加电启动时，首先将存储了bootlader的Flash地址空间设置为0x0-0x200000，将SDRAM的地址空间设置为0x1000000-0x2000000，当内核引导程序将内核拷贝到SDRAM后，再设置SDRAM的地址空间为0x00x1000000，而Flash的地址空间为0x1800000-0x1A00000。这需要在内核引导程序中对Flash和SDRAM的地址空间进行重映射。

本文采用的系统启动引导方案流程图如图1。

3 μCLinux内核的加载和初始化