嵌入式Boot Loader分析与设计

论文摘要

本课题源自于电子科技大学国家精品课程“嵌入式系统及应用”的建设,旨在进一步完善该精品课程实验系统。嵌入式Boot Loader是嵌入式系统中一个很重要的组成部分。市面上的书籍和教材中涉及到嵌入式BootLoader相关内容较少,同时该部分内容也比较抽象。对于大部分学生来说,在理解和掌握上存在一定的难度。因此,本人经过“嵌入式实时内核移植及应用开发”该项目中所积累的知识,并通过对当前流行的几种嵌入式Boot Loader进行了相关的探索和分析,设计了一个简单的易用理解和掌握的嵌入式Boot Loader——Core-Boot。基于Core-Boot设计了相关的实验内容,期望通过该内容能够使Boot Loader在嵌入式学习变得易于理解和掌握。在Core-Boot设计中,借鉴了当前流行的一些Boot Loader的最基本的内容,摒弃了它们的大量复杂的、难以理解的、或与特定应用相关的内容,同时也考虑了功能上的可扩充性。这使Core-Boot成为一个精简的、易于理解的、易于功能扩充Boot Loader,配合于LambdaEDU3的高可配置性,使其可以满足于教学实验的要求。并作为电子科技大学国家精品课程“嵌入式系统及应用”的建设中嵌入式BootLoader相关内容的一个重要的补充。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 引言
• 1.1 嵌入式系统概念
• 1.2 嵌入式系统的发展的情况
• 1.3 嵌入式BOOT LOADER 简介
• 1.4 本文背景
• 1.5 本论文结构
• 第2章 实验系统介绍
• 2.1 硬件环境
• 2.1.1 W90P710 学习板
• 2.1.2 LambdaICE JTAG
• 2.2 软件环境
• 2.2.1 LambdaEDU3
• 2.2.2 GCC 工具链
• 2.2.2.1 程序的编译和链接
• 2.2.2.2 GCC 常用模式
• 2.2.2.3 常用选项
• 2.2.2.4 警告功能
• 2.2.3 连接脚本
• 2.2.3.1 基本概念
• 2.2.3.2 链接脚本
• 2.2.3.3 简单例子
• 2.2.3.4 暗含的连接脚本
• 2.2.4 Makefile
• 2.2.4.1 Makefile 结构
• 2.2.4.2 一个简单的Makefile 示例
• 2.2.4.3 Makefile 的一个改进版本：使用变量
• 2.2.4.4 Makefile 的一个改进版本：使用自动推导
• 2.2.4.5 Makefile 的一个改进版本：自动变量（$
• $< $@）的应用
• 2.3 总结
• 第3章 嵌入式应用程序映像
• 3.1 ELF 文件
• 3.1.1 elf 文件简介
• 3.1.2 elf 目标文件格式
• 3.1.3 elf Header 部分
• 3.1.4 elf 节区（Sections）
• 3.1.5 字符串表（String Table）
• 3.1.6 符号表（Symbol Table）
• 3.1.7 重定位信息
• 3.1.7.1 重定位表项
• 3.1.7.2 重定位类型
• 3.1.8 程序加载和动态链接
• 3.2 其他文件格式
• 3.2.1 S-Record 文件
• 3.2.2 HEX 文件格式
• 3.2.3 BIN 文件格式
• 3.3 部分可执行文件格式的区别
• 3.4 总结
• 第4章 主流嵌入式BOOTLOADER 分析
• 4.1 主流嵌入式BOOTLOADER 比较
• 4.1.1 Blob（Boot Loader Object）
• 4.1.2 ARMBoot
• 4.1.3 U-Boot
• 4.1.4 Redboot
• 4.1.5 vivi
• 4.1.6 Bios-lt
• 4.2 U-BOOT 源代码分析
• 4.2.1 第一阶段（Stage 1）
• 4.2.2 第二阶段（Stage 2）
• 4.2.3 U-boot 的初始化
• data'>4.2.3.1 私有数据global_data
• sequence'>4.2.3.2 初始化序列init_sequence
• 4.2.3.3 环境变量重定位
• 4.2.3.4 初始化设备
• 4.2.3.5 控制台初始化
• 4.2.4 命令处理
• 4.2.4.1 命令数据结构
• 4.2.4.2 命令查找
• 4.2.4.3 主循环
• 4.3 总结
• 第5章 CORE-BOOT 设计与实现
• 5.1 ARM 处理器启动原理
• 5.2 CORE-BOOT 组织结构设计
• 5.2.1 LambdaEDU3 目录结构
• 5.2.2 Core-Boot 目录结构
• 5.2.2.1 /target/tool/bsps/boards 目录
• 5.2.2.2 /target/tool/bsps/drivers 文件夹
• 5.2.2.3 /target/tool/bsps/include 文件夹
• 5.2.2.4 /target/tool/bsps/shared 文件夹
• 5.3 CORE-BOOT 代码设计
• 5.3.1 Boot Loader 与应用的关系
• 5.3.1.1 RAM Boot Loader
• 5.3.1.2 Boot Loader 和应用一体化结构
• 5.3.1.3 Boot Loader 与应用分离的结构
• 5.3.2 地址规划设计（ROM 与RAM 的内存关系）
• 5.3.2.1 内存不重新映射
• 5.3.2.2 内存进行一次映射
• 5.3.2.3 内存进行两次映射
• 5.3.2.4 系统初始化
• 5.3.3 Core-Boot 源代码设计
• 5.3.3.1 Core-Boot 第一阶段（Stage 1）
• 5.3.3.2 Core-Boot 第二阶段（Stage 2）
• 5.3.4 Core-boot 的初始化
• sequence'>5.3.4.1 Core-Boot 初始化序列init_sequence
• sequence 中的函数'>5.3.4.2 init_sequence 中的函数
• 5.3.4.3 NOR Flash 初始化
• 5.3.4.4 NAND FLASH 初始化
• 5.3.4.5 控制台初始化
• 5.4 小结
• 第6章 CORE-BOOT 测试以及实验设计
• 6.1 基于RAM 的BOOT LOADER 实验
• RAM”'>6.1.1 创建项目“Boot_RAM”
• 6.1.2 项目设置
• 6.1.3 项目编译
• 6.1.4 下载运行
• 6.1.5 验证结果
• 6.2 基于ROM 的BOOT LOADER 实验
• App”'>6.2.1 创建项目“Boot_App”
• 6.2.2 项目设置
• 6.2.3 项目编译
• 6.2.4 烧写
• 6.2.5 验证结果
• 6.3 基于ROMRAM 的BOOT LOADER 的实验
• 6.3.1 创建项目“Core-Boot”
• 6.3.2 项目配置
• 6.3.3 项目编译
• 6.3.4 烧写
• 6.3.5 验证结果
• 6.4 总结
• 第7章 结论
• 7.1 本课题研究的主要内容
• 7.2 CORE-BOOT 的移植简述
• 7.3 CORE-BOOT 的优缺点
• 7.4 课题中的学习和工作情况
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 在学期间的研究成果