基于SBC2440的Bootloader设计与实现

论文摘要

本文以基于S3C2440A为微处理器的SBC2440开发板为硬件研发平台,以Red Hat Linux9为软件开发环境,设计并实现了一种能够正常引导嵌入式Linux操作系统,能够通过串口、以太网口、USB接口进行内核和其他映像文件下载,并能对Flash进行读写操作的模块化Bootloader。首先,详解分析了嵌入式ARM9的体系结构、编程模式、指令系统及存储系统,在嵌入式最小系统概念的基础上,介绍了S3C2440A微处理器硬件平台。接着,探讨了常用ARM Bootloader的基本功能、任务、典型结构框架及功能拓展的概念,给出了本论文的设计思想和研究方法,并对所借鉴的VIVI Bootloader进行了说明。继而,搭建系统Linux开发环境,研发出了能够实现基本引导功能的Bootloader源程序。依据项目需求和硬件平台实际,将Bootloader源程序分为Stagel和Stage2两个阶段,给出了每个阶段的启动流程及每个步骤的关键函数,并实现了通过串口调出vivi控制台进行系统启动模式转换的功能。进而,研究了对Bootloader源码进行功能扩展的方法,在完成相关的USB芯片、以太网芯片和NANDFlash芯片驱动程序的设计与编写后,Bootloader具备了通过串口、以太网口、USB接口进行映像文件的下载和更新的扩展功能,并能通过对Flash的读写操作,实现映像文件的保存和删除。最终形成的Bootloader程序模块具有强大的引导和加载功能。最后,探讨了基于嵌入式ARM9平台和Linux操作系统的Bootloader编译与移植方法,并结合SBC2440服务器硬件平台设计出了Bootlaoder移植与编译的具体步骤,成功的实现了对Bootloader的烧入与测试。测试结果表明,本文所研发的Bootloader模块在结构上具有较高的可扩展性和灵活性,实现了对SBC2440服务器平台操作系统的引导和硬件功能的拓展,满足了其对操作系统和用户程序后续升级的需求,达到了预期的研究目标。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 论文研究工作的背景和意义
• 1.2 Bootlaoder在国内外的发展状况
• 1.3 论文的研究内容
• 1.4 论文的组织结构
• 第二章 ARM技术概述和Bootloader功能分析
• 2.1 ARM及ARM微处理器概述
• 2.1.1 ARM简介
• 2.1.2 ARM系列微处理器概述
• 2.2 ARM9微处理器体系结构
• 2.2.1 ARM920T核概述
• 2.2.2 ARM9微处理器的工作状态
• 2.2.3 ARM9微处理器的运行模式
• 2.2.4 ARM9微处理器的寄存器组
• 2.2.5 ARM9微处理器的存储体系
• 2.2.6 ARM9微处理器的指令体系
• 2.2.7 ARM9微处理器的异常中断
• 2.3 S3C2440A片上系统
• 2.3.1 基于ARM9微处理器核的嵌入式最小系统概述
• 2.3.2 S3C2440A片上系统概述
• 2.4 Bootloader的概述与设计
• 2.4.1 Bootloader启动阶段
• 2.4.2 Bootloader的操作模式
• 2.4.3 主机与Bootloader之间的控制与通信机制
• 2.4.4 ARM Bootloader的主要任务和典型框架结构
• 2.4.5 Bootloader的概念扩展
• 2.5 ⅥⅥ Bootloader简介
• 2.6 本章小结
• 第三章 Bootlaoder在SBC2440平台的实现
• 3.1 系统硬件平台环境介绍
• 3.2 Bootloader软件开发环境搭建
• 3.3 Bootloader框架结构的总体设计
• 3.3.1 地址规划
• 3.3.2 阶段任务的实现
• 3.4 Bootloader基本功能的具体实现及关键问题
• 3.4.1 Bootloader Stage1阶段的启动流程及分析
• 3.4.2 Bootloader Stage2阶段的启动流程及分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 Bootloader拓展功能的设计与实现
• 4.1 拓展功能的位置及设计构思
• 4.2 通过网口下载映像的设计与实现
• 4.2.1 网卡芯片的介绍
• 4.2.2 网卡驱动实现
• 4.3 通过USB口下载映像的设计与实现
• 4.3.1 USB介绍
• 4.3.2 USB驱动程序的设计与实现
• 4.4 在NAND Flash中进行映像的升级与更新
• 4.4.1 Nand Flash芯片介绍
• 4.4.2 NAND Flash驱动程序的设计与实现
• 4.4.3 NANDFlash升级模块的实现
• 4.5 代码的移植和编译
• 4.6 本章小结
• 第五章 代码的烧录与测试
• 5.1 系统基本功能的测试
• 5.1.1 系统没有Bootloader需要重新烧写
• 5.1.2 系统已有Bootloader需要重新烧写
• 5.2 系统拓展功能测试
• 5.2.1 通过以太网口下载映像文件
• 5.2.2 通过USB口进行映像文件的下载
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 所做工作的总结
• 6.2 下一步工作展望
• 参考文献
• 在校期间发表的论文
• 致谢