Boot Loader 是在作業系統核心運行之前運行的一段小程式。通過這段小程式，我們可以初始化硬體設備、建立記憶體空間的映射圖，從而將系統的軟硬體環境帶到一個合適的狀態，以便為最終調用作業系統核心準備好正確的環境。通常，Boot Loader 是嚴重地依賴於硬體而實現的，特別是在嵌入式世界。因此，在嵌入式世界裡建立一個通用的 Boot Loader 幾乎是不可能的。儘管如此，我們仍然可以對 Boot Loader 歸納出一些通用的概念來，以指導用戶特定的 Boot Loader 設計與實現。
基本介紹
- 外文名：Boot Loader
- 依賴：硬體
- 作用原理：CPU 和嵌入式
- 安裝媒介：Installation Medium
作用原理,解析,重要概念,開發環境,啟動方式,代碼分析,
作用原理
⒈ Boot Loader 所支持的 CPU 和嵌入式板
每種不同的 CPU 體系結構都有不同的Boot Loader。有些 Boot Loader 也支持多種體系結構的 CPU，比如 U-Boot 就同時支持 ARM 體系結構和MIPS 體系結構。除了依賴於 CPU的體系結構外，Boot Loader 實際上也依賴於具體的嵌入式板級設備的配置。這也就是說，對於兩塊不同的嵌入式板而言，即使它們是基於同一種 CPU 而構建的，要想讓運行在一塊板子上的 Boot Loader 程式也能運行在另一塊板子上，通常也都需要修改 Boot Loader 的源程式。
⒉ Boot Loader 的安裝媒介（Installation Medium）
系統加電或復位後，所有的CPU 通常都從某個由 CPU 製造商預先安排的地址上取指令。比如，基於 ARM7TDMI core 的 CPU 在復位時通常都從地址 0x00000000 取它的第一條指令。而基於CPU 構建的嵌入式系統通常都有某種類型的固態存儲設備（比如：ROM、EEPROM 或 FLASH 等）被映射到這個預先安排的地址上。因此在系統加電後，CPU 將首先執行Boot Loader 程式。
⒊ 用來控制 Boot Loader 的設備或機制
主機和目標機之間一般通過串口建立連線，Boot Loader 軟體在執行時通常會通過串口來進行輸入、輸出，比如：輸出列印信息到串口，從串口讀取用戶控制字元等。
⒋ Boot Loader 的啟動過程
BootLoader 的啟動過程可分為單階段（Single-Stage）和多階段（Multi-Stage）兩種。通常多階段的Boot Loader 具有更複雜的功能，更好的可移植性。從固態存儲設備上啟動的Boot Loader 大多採用兩階段，即啟動過程可以分為 stage1和stage2：stage1完成初始化硬體，為stage2準備記憶體空間，並將stage2複製到記憶體中，設定堆疊，然後跳轉到stage2。
⒌ Boot Loader 的操作模式 （Operation Mode）
大多數Boot Loader都包含兩種不同的操作模式。啟動載入模式和下載模式。
（1）啟動載入（Boot loading）模式：這種模式也稱為“自主”模式，也即Boot Loader從目標機上的某個固態存儲設備上將作業系統載入到RAM中運行，整個過程並沒有用戶的介入。這種模式是Boot Loader的正常工作模式。
（2）下載（Down loading）模式：在這種模式下目標機上的Boot Loader將通過串口連線或網路連線等通信手段從主機下載檔案。從主機下載的檔案通常首先被Boot Loader保存到目標機的RAM中然後再被Boot Loader寫到目標機上的固態存儲設備中。
⒍ Boot Loader 與主機之間進行檔案傳輸所用的通信設備及協定
分為兩種情況。一種是目標機使用串口與主機相連。這時的傳輸協定通常是xmodem/ymodem/zmodem中的一種。第二種可以用網路連線的方式傳輸檔案，這時使用的協定多為tftp。
解析
網上關於Linux的BOOTLOADER文章不少了，但是大都是vivi,blob等比較龐大的程式，讀起來不太方便,編譯出的檔案也比較大，而且更多的是面向開發用的引導代碼，做成產品時還要裁減，這一定程度影響了開發速度，對初學者學習開銷也比較大，在此分析一種簡單的BOOTLOADER，是在三星公司提供的2410 BOOTLOADER上稍微修改後的結果，編譯出來的檔案大小不超過4k，希望對大家有所幫助.
重要概念
COMPRESSED KERNEL and DECOMPRESSED KERNEL
壓縮後的KERNEL，按照文檔資料，現在不提倡使用DECOMPRESSED KERNEL，而要使用COMPRESSED KERNEL，它包括了解壓器.因此要在ram分配時給壓縮和解壓的KERNEL提供足夠空間，這樣它們不會相互覆蓋.
當執行指令跳轉到COMPRESSED KERNEL後，解壓器就開始工作，如果解壓器探測到解壓的代碼會覆蓋掉COMPRESSED KERNEL，那它會直接跳到COMPRESSED KERNEL後存放數據，並且重新定位KERNEL，所以如果沒有足夠空間，就會出錯.
Jffs2 File System
可以使armlinux套用中產生的數據保存在FLASH上，我的板子還沒用到這個.
RAMDISK
使用RAMDISK可以使ROOT FILE SYSTEM在沒有其他設備的情況下啟動.一般有兩種載入方式，最常用的一種是，把COMPRESSED RAMDISK IMAGE放到指定地址，然後由BOOTLOADER把這個地址通過啟動參數的方式ATAG_INITRD2傳遞給KERNEL.具體看代碼分析.
啟動參數（摘自IBM developer)
在調用核心之前，應該作一步準備工作，即：設定 Linux 核心的啟動參數。Linux 2.4.x 以後的核心都期望以標記列表(tagged list）的形式來傳遞啟動參數。啟動參數標記列表以標記 ATAG_CORE 開始，以標記 ATAG_NONE 結束。每個標記由標識被傳遞參數的 tag_header 結構以及隨後的參數值數據結構來組成。數據結構 tag 和 tag_header 定義在 Linux 核心源碼的include/asm/setup.h 頭檔案中.
在嵌入式 Linux 系統中，通常需要由 BOOTLOADER 設定的常見啟動參數有：ATAG_CORE、ATAG_MEM、ATAG_CMDLINE、ATAG_RAMDISK、ATAG_INITRD等。
（注）參數也可以用COMMANDLINE來設定，在我的BOOTLOADER里，我兩種都用了.
開發環境
CPU:S3C2410,BANK6上有64M的SDRAM（兩塊），BANK0上有32M NOR FLASH，串口當然是逃不掉的.這樣，按照數據手冊，地址分配如下：
0x4000_0000開始是4k的片內DRAM.
0x0000_0000開始是32M FLASH 16bit寬度
0x3000_0000開始是64M SDRAM 32bit寬度
注意：控制暫存器中的BANK6和BANK7部分必須相同.
0x4000_0000（片內DRAM）存放4k以內的BOOTLOADER IMAGE
0x3000_0100開始存放啟動參數
0x3120_0000 存放COMPRESSED KERNEL IMAGE
0x3200_0000 存放COMPRESSED RAMDISK
0x3000_8000 指定為DECOMPRESSED KERNEL IMAGE ADDRESS
0x3040_0000 指定為DECOMPRESSED RAMDISK IMAGE ADDRESS
開發環境：Redhat Linux,armgcc toolchain,armlinux KERNEL
如何建立armgcc的編譯環境：建議使用toolchain，而不要自己去編譯armgcc，偶試過好多次，都以失敗告終.
先下載arm-gcc 3.3.2 toolchain
將arm-linux-gcc-3.3.2.tar.bz2 解壓到 /toolchain
# tar jxvf arm-linux-gcc-3.3.2.tar.bz2
# mv /usr/local/arm/3.3.2 /toolchain
在makefile 中在把arch=arm CROSS_COMPILE設定成toolchain的路徑
還有就是INCLUDE = -I ../include -I /root/my/usr/local/arm/3.3.2/include.，否則庫函式就不能用了
啟動方式
可以放在FLASH里啟動，或者用Jtag仿真器.由於使用NOR FLASH，根據2410的手冊，片內的4K DRAM在不需要設定便可以直接使用，而其他存儲器必須先初始化，比如告訴memory controller,BANK6里有兩塊SDRAM，數據寬度是32bit,= =.否則memory control會按照復位後的默認值來處理存儲器.這樣讀寫就會產生錯誤.
所以第一步，通過仿真器把執行代碼放到0x4000_0000，（在編譯的時候，設定TEXT_BAS
E=0x40000000)
第二步，通過 AxD把linux KERNEL IMAGE放到目標地址（SDRAM）中，等待調用
第三步，執行BOOTLOADER代碼，從串口得到調試數據，引導armlinux
代碼分析
講了那么多執行的步驟，是想讓大家對啟動有個大概印象，接著就是BOOTLOADER內部的代碼分析了，BOOTLOADER文章內容網上很多，我這裡精簡了下，刪除了不必要的功能.
BOOTLOADER一般分為2部分，彙編部分和c語言部分，彙編部分執行簡單的硬體初始化，C部分負責複製數據，設定啟動參數，串口通信等功能.
BOOTLOADER的生命周期：
⒈ 初始化硬體，比如設定UART（至少設定一個），檢測存儲器= =.
⒉ 設定啟動參數，這是為了告訴核心硬體的信息，比如用哪個啟動界面，波特率 = =.
⒊ 跳轉到Linux KERNEL的首地址.
⒋ 消亡
同時在linux中 GRUB（GRand Unified Bootloader）是一個系統默認自帶的多重啟動管理器。它可以在多個作業系統共存時選擇引導哪個系統。儘管引導作業系統看上去是件平凡且瑣碎的任務，但它實際上很重要。如果引導裝入器不能很好地完成工作或者不具有彈性，那么就可能鎖住系統或者無法引導計算機……
