在專用的嵌入式板子運行 GNU/Linux 系統已經變得越來越流行。一個嵌入式 Linux 系統從軟體的角度看通常可以分為四個層次：

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1 在專用的嵌入式板子運行 GNU/Linux 系統已經變得越來越流行。一個嵌入式 Linux 系統從軟體的角度看通常可以分為四個層次：
1. 引言 在專用的嵌入式板子運行 GNU/Linux 系統已經變得越來越流行。一個嵌入式 Linux 系統從軟體的角度看通常可以分為四個層次： 1. 引導載入程式。包括固化在固件(firmware)中的 boot 代碼(可選)，和 Boot Loader 兩大部分。 2. Linux 內核。特定於嵌入式板子的定制內核以及內核的啟動參數。 3. 檔案系統。包括根檔案系統和建立於 Flash 記憶體設備之上檔案系統。通常用 ram disk 來作為 root fs。 4. 使用者應用程式。特定于使用者的應用程式。有時在使用者應用程式和內核層之間可能還會包括一個嵌入式圖形化使用者介面。常用的嵌入式 GUI 有：MicroWindows 和 MiniGUI 懂。

2 引導載入程式是系統加電後運行的第一段軟體代碼。回憶一下 PC 的體系結構我們可以知道，PC 機中的引導載入程式由 BIOS(其本質就是一段固件程式)和位於硬碟 MBR 中的 OS Boot Loader（比如，LILO 和 GRUB 等）一起組成。BIOS 在完成硬體檢測和資源配置後，將硬碟 MBR 中的 Boot Loader 讀到系統的 RAM 中，然後將控制權交給 OS Boot Loader。Boot Loader 的主要運行任務就是將內核映象從硬碟上讀到 RAM 中，然後跳轉到內核的入口點去運行，也即開始啟動作業系統。 而在嵌入式系統中，通常並沒有像 BIOS 那樣的固件程式（注，有的嵌入式 CPU 也會內嵌一段短小的啟動程式），因此整個系統的載入啟動任務就完全由 Boot Loader 來完成。比如在一個基於 ARM7TDMI core 的嵌入式系統中，系統在上電或重定時通常都從位址 0x 處開始執行，而在這個位址處安排的通常就是系統的 Boot Loader 程式。 本文將從 Boot Loader 的概念、Boot Loader 的主要任務、Boot Loader 的框架結構以及 Boot Loader 的安裝等四個方面來討論嵌入式系統的 Boot Loader。

3 2. Boot Loader 的概念 簡單地說，Boot Loader 就是在作業系統內核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內核準備好正確的環境。 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。 1. 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 也支援多種體系結構的 CPU，比如 U-Boot 就同時支援 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 的來源程式。

4 2. Boot Loader 的安裝媒介（Installation Medium）
系統加電或重定後，所有的 CPU 通常都從某個由 CPU 製造商預先安排的位址上取指令。比如，基於 ARM7TDMI core 的 CPU 在復位時通常都從位址 0x 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放裝置(比如：ROM、EEPROM 或 FLASH 等)被映射到這個預先安排的位址上。因此在系統加電後，CPU 將首先執行 Boot Loader 程式。 下圖1就是一個同時裝有 Boot Loader、內核的啟動參數、內核映射和根檔案系統映射的固態存放裝置的典型空間分配結構圖。 圖1 固態存放裝置的典型空間分配結構 3. 用來控制 Boot Loader 的設備或機制 主機和目的機之間一般通過串口建立連接，Boot Loader 軟體在執行時通常會通過串口來進行 I/O，比如：輸出列印資訊到串口，從串口讀取使用者控制字元等。

5 4. Boot Loader 的啟動過程是單階段（Single Stage）還是多階段（Multi-Stage）
通常多階段的 Boot Loader 能提供更為複雜的功能，以及更好的可攜性。從固態存放裝置上啟動的 Boot Loader 大多都是 2 階段的啟動過程，也即啟動過程可以分為 stage 1 和 stage 2 兩部分。而至於在 stage 1 和 stage 2 具體完成哪些任務將在下面討論。 5. 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，這種區別僅對於開發人員才有意義。但從最終用戶的角度看，Boot Loader 的作用就是用來載入作業系統，而並不存在所謂的啟動載入模式與下載工作模式的區別。 啟動載入（Boot loading）模式：這種模式也稱為"自主"（Autonomous）模式。 也即 Boot Loader 從目的機上的某個固態存放裝置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，因此在嵌入式產品發佈的時侯，Boot Loader 顯然必須工作在這種模式下。

6 下載（Downloading）模式：在這種模式下，目的機上的 Boot Loader 將通過串口連接或網路連接等通信手段從主機（Host）下載檔案，比如：下載內核映射和根檔案系統映射等。從主機下載的檔通常首先被 Boot Loader 保存到目的機的 RAM 中，然後再被 Boot Loader 寫到目的機上的FLASH 類固態存放裝置中。Boot Loader 的這種模式通常在第一次安裝內核與根檔案系統時被使用；此外，以後的系統更新也會使用 Boot Loader 的這種工作模式。工作於這種模式下的 Boot Loader 通常都會向它的終端使用者提供一個簡單的命令列介面。 像 Blob 或 U-Boot 等這樣功能強大的 Boot Loader 通常同時支援這兩種工作模式，而且允許使用者在這兩種工作模式之間進行切換。比如，Blob 在啟動時處於正常的啟動載入模式，但是它會延時 10 秒等待終端使用者按下任意鍵而將 blob 切換到下載模式。如果在 10 秒內沒有使用者按鍵，則 blob 繼續啟動 Linux 內核。

7 6. BootLoader 與主機之間進行檔案傳輸所用的通信設備及協定
最常見的情況就是，目的機上的 Boot Loader 通過串口與主機之間進行檔案傳輸，傳輸協定通常是 xmodem／ymodem／zmodem 協定中的一種。但是，串口傳輸的速度是有限的，因此通過乙太網連接並借助 TFTP 協議來下載檔案是個更好的選擇。 此外，在論及這個話題時，主機方所用的軟體也要考慮。比如，在通過乙太網連接和 TFTP 協定來下載檔案時，主機方必須有一個軟體用來的提供 TFTP 服務。 在討論了 BootLoader 的上述概念後，下面我們來具體看看 BootLoader 的應該完成哪些任務。 3. Boot Loader 的主要任務與典型結構框架 在繼續本節的討論之前，首先我們做一個假定，那就是：假定內核映射與根檔案系統映射都被載入到 RAM 中運行。之所以提出這樣一個假設前提是因為，在嵌入式系統中內核映射與根檔案系統映射也可以直接在 ROM 或 Flash 這樣的固態存放裝置中直接運行。但這種做法無疑是以運行速度的犧牲為代價的。

8 從作業系統的角度看，Boot Loader 的總目標就是正確地調用內核來執行。
另外，由於 Boot Loader 的實現依賴於 CPU 的體系結構，因此大多數 Boot Loader 都分為 stage1 和 stage2 兩大部分。依賴於 CPU 體系結構的代碼，比如設備初始化代碼等，通常都放在 stage1 中，而且通常都用組合語言來實現，以達到短小精悍的目的。而 stage2 則通常用C語言來實現，這樣可以實現給複雜的功能，而且代碼會具有更好的可讀性和可攜性。 Boot Loader 的 stage1 通常包括以下步驟(以執行的先後順序)： 硬體設備初始化。 為載入 Boot Loader 的 stage2 準備 RAM 空間。 拷貝 Boot Loader 的 stage2 到 RAM 空間中。 設置好堆疊。 跳轉到 stage2 的 C 入口點。 Boot Loader 的 stage2 通常包括以下步驟(以執行的先後順序)： 初始化本階段要使用到的硬體設備。 檢測系統記憶體映射(memory map)。 將 kernel 映射和根檔案系統映射從 flash 上讀到 RAM 空間中。 為內核設置啟動參數。 調用內核。 3.1 Boot Loader 的 stage1

9 3.1.1 基本的硬體初始化 這是 Boot Loader 一開始就執行的操作，其目的是為 stage2 的執行以及隨後的 kernel 的執行準備好一些基本的硬體環境。它通常包括以下步驟（以執行的先後順序）： 1． 遮罩所有的中斷。為中斷提供服務通常是 OS 設備驅動程式的責任，因此在 Boot Loader 的執行全過程中可以不必回應任何中斷。中斷遮罩可以通過寫 CPU 的中斷遮罩寄存器或狀態寄存器（比如 ARM 的 CPSR 寄存器）來完成。 2． 設置 CPU 的速度和時鐘頻率。 3． RAM 初始化。包括正確地設置系統的記憶體控制器的功能寄存器以及各記憶體庫控制寄存器等。 4． 初始化 LED。典型地，通過 GPIO 來驅動 LED，其目的是表明系統的狀態是 OK 還是 Error。如果板子上沒有 LED，那麼也可以通過初始化 UART 向串口列印 Boot Loader 的 Logo 字元資訊來完成這一點。 5． 關閉 CPU 內部指令／資料 cache。 3.1.2 為載入 stage2 準備 RAM 空間 為了獲得更快的執行速度，通常把 stage2 載入到 RAM 空間中來執行，因此必須為載入 Boot Loader 的 stage2 準備好一段可用的 RAM 空間範圍。

10 由於 stage2 通常是 C 語言執行代碼，因此在考慮空間大小時，除了 stage2 可執行映象的大小外，還必須把堆疊空間也考慮進來。此外，空間大小最好是 memory page 大小(通常是 4KB)的倍數。一般而言，1M 的 RAM 空間已經足夠了。具體的位址範圍可以任意安排，比如 blob 就將它的 stage2 可執行映射安排到從系統 RAM 起始位址 0xc 開始的 1M 空間內執行。但是，將 stage2 安排到整個 RAM 空間的最頂 1MB(也即(RamEnd-1MB) - RamEnd)是一種值得推薦的方法。 為了後面的敘述方便，這裡把所安排的 RAM 空間範圍的大小記為：stage2_size(位元組)，把起始位址和終止位址分別記為：stage2_start 和 stage2_end(這兩個位址均以 4 位元組邊界對齊)。因此： stage2_end＝stage2_start＋stage2_size 另外，還必須確保所安排的地址範圍的的確確是可讀寫的 RAM 空間，因此，必須對你所安排的位址範圍進行測試。具體的測試方法可以採用類似於 blob 的方法，也即：以 memory page 為被測試單位，測試每個 memory page 開始的兩個字是否是可讀寫的。為了後面敘述的方便，我們記這個檢測演算法為：test_mempage，其具體步驟如下： 1． 先保存 memory page 一開始兩個字的內容。 2． 向這兩個字中寫入任意的數字。比如：向第一個字寫入 0x55，第 2 個字寫入 0xaa。 3． 然後，立即將這兩個字的內容讀回。顯然，我們讀到的內容應該分別是 0x55 和 0xaa。如果不是，則說明這個 memory page 所佔據的地址範圍不是一段有效的 RAM 空間。

11 4． 再向這兩個字中寫入任意的數字。比如：向第一個字寫入 0xaa，第 2 個字中寫入 0x55。
5． 然後，立即將這兩個字的內容立即讀回。顯然，我們讀到的內容應該分別是 0xaa 和 0x55。如果不是，則說明這個 memory page 所佔據的地址範圍不是一段有效的 RAM 空間。 6． 恢復這兩個字的原始內容。測試完畢。 為了得到一段乾淨的 RAM 空間範圍，我們也可以將所安排的 RAM 空間範圍進行清零操作。 3.1.3 拷貝 stage2 到 RAM 中 拷貝時要確定兩點：(1) stage2 的可執行映象在固態存放裝置的存放起始位址和終止位址；(2) RAM 空間的起始位址。 3.1.4 設置堆疊指標 sp 堆疊指標的設置是為了執行 C 語言代碼作好準備。通常我們可以把 sp 的值設置為(stage2_end-4)，也即在 節所安排的那個 1MB 的 RAM 空間的最頂端(堆疊向下生長)。 此外，在設置堆疊指標 sp 之前，也可以關閉 led 燈，以提示用戶我們準備跳轉到 stage2。 經過上述這些執行步驟後，系統的實體記憶體佈局應該如下圖2所示。

12 3.1.5 跳轉到 stage2 的 C 入口點 在上述一切都就緒後，就可以跳轉到 Boot Loader 的 stage2 去執行了。比如，在 ARM 系統中，這可以通過修改 PC 寄存器為合適的位址來實現。 圖2 bootloader 的 stage2 可執行映象剛被拷貝到 RAM 空間時的系統記憶體佈局 3.2 Boot Loader 的 stage2 正如前面所說，stage2 的代碼通常用 C 語言來實現，以便於實現更複雜的功能和取得更好的代碼可讀性和可攜性。但是與普通 C 語言應用程式不同的是，在編譯和連結 boot loader 這樣的程式時，我們不能使用 glibc 庫中的任何支援函數。其原因是顯而易見的。這就給我們帶來一個問題，那就是從那裡跳轉進 main() 函數呢？直接把 main() 函數的起始位址作為整個 stage2 執行映射的入口點或許是最直接的想法。但是這樣做有兩個缺點：1)無法通過main() 函數傳遞函數參數；2)無法處理 main() 函數返回的情況。一種更為巧妙的方法是利用 trampoline(彈簧床)的概念。也即，用組合語言寫一段trampoline 小程式，並將這段 trampoline 小程式來作為 stage2 可執行映象的執行入口點。然後我們可以在 trampoline 彙編小程式中用 CPU 跳轉指令跳入 main() 函數中去執行；而當 main() 函數返回時，CPU 執行路徑顯然再次回到我們的 trampoline 程式。簡而言之，這種方法的思想就是：用這段 trampoline 小程式來作為 main() 函數的外部包裹(external wrapper)。

13 下面給出一個簡單的 trampoline 程式示例(來自blob)：
.text .globl _trampoline _trampoline: bl main /* if main ever returns we just call it again */ b _trampoline 可以看出，當 main() 函數返回後，我們又用一條跳轉指令重新執行 trampoline 程式――當然也就重新執行 main() 函數，這也就是 trampoline(彈簧床)一詞的意思所在。 3.2.1初始化本階段要使用到的硬體設備 這通常包括：（1）初始化至少一個串口，以便和終端使用者進行 I/O 輸出資訊；（2）初始化計時器等。 在初始化這些設備之前，也可以重新把 LED 燈點亮，以表明我們已經進入 main() 函數執行。 設備初始化完成後，可以輸出一些列印資訊，程式名字字串、版本號等。

14 3.2.2 檢測系統的記憶體映射（memory map）
所謂記憶體映射就是指在整個 4GB 物理位址空間中有哪些位址範圍被分配用來定址系統的 RAM 單元。比如，在 SA-1100 CPU 中，從 0xC000,0000 開始的 512M 位址空間被用作系統的 RAM 位址空間，而在 Samsung S3C44B0X CPU 中，從 0x0c00,0000 到 0x1000,0000 之間的 64M 位址空間被用作系統的 RAM 位址空間。雖然 CPU 通常預留出一大段足夠的位址空間給系統 RAM，但是在搭建具體的嵌入式系統時卻不一定會實現 CPU 預留的全部 RAM 位址空間。也就是說，具體的嵌入式系統往往只把 CPU 預留的全部 RAM 位址空間中的一部分映射到 RAM 單元上，而讓剩下的那部分預留 RAM 位址空間處於未使用狀態。 由於上述這個事實，因此 Boot Loader 的 stage2 必須在它想幹點什麼 (比如，將存儲在 flash 上的內核映射讀到 RAM 空間中) 之前檢測整個系統的記憶體映射情況，也即它必須知道 CPU 預留的全部 RAM 位址空間中的哪些被真正映射到 RAM 位址單元，哪些是處於 "unused" 狀態的。 (1) 記憶體映射的描述 可以用如下資料結構來描述 RAM 位址空間中的一段連續(continuous)的地址範圍： typedef struct memory_area_struct { u32 start; /* the base address of the memory region */ u32 size; /* the byte number of the memory region */ int used; } memory_area_t; 這段 RAM 位址空間中的連續位址範圍可以處於兩種狀態之一：(1)used=1，則說明這段連續的地址範圍已被實現，也即真正地被映射到 RAM 單元上。

15 (2)used=0，則說明這段連續的位址範圍並未被系統所實現，而是處於未使用狀態。
基於上述 memory_area_t 資料結構，整個 CPU 預留的 RAM 位址空間可以用一個 memory_area_t 類型的陣列來表示，如下所示： memory_area_t memory_map[NUM_MEM_AREAS] = { [0 ... (NUM_MEM_AREAS - 1)] = { .start = 0, .size = 0, .used = 0 }, }; (2) 記憶體映射的檢測 下面我們給出一個可用來檢測整個 RAM 位址空間記憶體映射情況的簡單而有效的演算法：

16 /* 陣列初始化 */ for(i = 0; i < NUM_MEM_AREAS; i++) memory_map[i].used = 0; /* first write a 0 to all memory locations */ for(addr = MEM_START; addr < MEM_END; addr += PAGE_SIZE) * (u32 *)addr = 0; for(i = 0, addr = MEM_START; addr < MEM_END; addr += PAGE_SIZE) { /* * 檢測從基底位址 MEM_START+i*PAGE_SIZE 開始,大小為 * PAGE_SIZE 的位址空間是否是有效的RAM位址空間。 */ 調用3.1.2節中的演算法test_mempage()； if ( current memory page isnot a valid ram page) { /* no RAM here */ if(memory_map[i].used ) i++; continue; } * 當前頁已經是一個被映射到 RAM 的有效位址範圍 * 但是還要看看當前頁是否只是 4GB 位址空間中某個位址頁的別名？ if(* (u32 *)addr != 0) { /* alias? */ /* 這個記憶體頁是 4GB 位址空間中某個位址頁的別名 */ if ( memory_map[i].used ) * 而且它也不是 4GB 位址空間中某個地址頁的別名。 if (memory_map[i].used == 0) { memory_map[i].start = addr; memory_map[i].size = PAGE_SIZE; memory_map[i].used = 1; } else { memory_map[i].size += PAGE_SIZE; } /* end of for (…) */ 在用上述演算法檢測完系統的記憶體映射情況後，Boot Loader 也可以將記憶體映射的詳細資訊列印到串口。

17 3.2.3 載入內核映射和根檔案系統映射 (1) 規劃記憶體佔用的佈局 這裡包括兩個方面：(1)內核映射所佔用的記憶體範圍；（2）根檔案系統所佔用的記憶體範圍。在規劃記憶體佔用的佈局時，主要考慮基底位址和映射的大小兩個方面。 對於內核映射，一般將其拷貝到從(MEM_START＋0x8000) 這個基底位址開始的大約1MB大小的記憶體範圍內(嵌入式 Linux 的內核一般都不操過 1MB)。為什麼要把從 MEM_START 到 MEM_START＋0x8000 這段 32KB 大小的記憶體空出來呢？這是因為 Linux 內核要在這段記憶體中放置一些全域資料結構，如：啟動參數和內核頁表等資訊。 而對於根檔案系統映射，則一般將其拷貝到 MEM_START+0x0010,0000 開始的地方。如果用 Ramdisk 作為根檔案系統映射，則其解壓後的大小一般是1MB。 （2）從 Flash 上拷貝 由於像 ARM 這樣的嵌入式 CPU 通常都是在統一的記憶體位址空間中定址 Flash 等固態存放裝置的，因此從 Flash 上讀取資料與從 RAM 單元中讀取資料並沒有什麼不同。用一個簡單的迴圈就可以完成從 Flash 設備上拷貝映射的工作： while(count) { *dest++ = *src++; /* they are all aligned with word boundary */ count -= 4; /* byte number */ };

18 3.2.4 設置內核的啟動參數 應該說，在將內核映射和根檔案系統映射拷貝到 RAM 空間中後，就可以準備啟動 Linux 內核了。但是在調用內核之前，應該作一步準備工作，即：設置 Linux 內核的啟動參數。 Linux 2.4.x 以後的內核都期望以標記清單(tagged list)的形式來傳遞啟動參數。啟動參數標記清單以標記 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資料結構來組成。資料結構 tag 和 tag_header 定義在 Linux 內核源碼的include/asm/setup.h 標頭檔中： /* The list ends with an ATAG_NONE node. */ #define ATAG_NONE 0x struct tag_header { u32 size; /* 注意，這裡size是字數為單位的 */ u32 tag; }; …… struct tag { struct tag_header hdr; union { struct tag_core core; struct tag_mem32 mem; struct tag_videotext videotext; struct tag_ramdisk ramdisk; struct tag_initrd initrd; struct tag_serialnr serialnr; struct tag_revision revision; struct tag_videolfb videolfb; struct tag_cmdline cmdline; /* * Acorn specific */ struct tag_acorn acorn; * DC21285 specific struct tag_memclk memclk; } u;

19 在嵌入式 Linux 系統中，通常需要由 Boot Loader 設置的常見啟動參數有：ATAG_CORE、ATAG_MEM、ATAG_CMDLINE、ATAG_RAMDISK、ATAG_INITRD等。 比如，設置 ATAG_CORE 的代碼如下： params = (struct tag *)BOOT_PARAMS; params->hdr.tag = ATAG_CORE; params->hdr.size = tag_size(tag_core); params->u.core.flags = 0; params->u.core.pagesize = 0; params->u.core.rootdev = 0; params = tag_next(params); 其中，BOOT_PARAMS 表示內核啟動參數在記憶體中的起始基底位址，指標 params 是一個 struct tag 類型的指標。巨集 tag_next() 將以指向當前標記的指標為參數，計算緊臨當前標記的下一個標記的起始位址。注意，內核的根檔案系統所在的設備ID就是在這裡設置的。 下面是設置記憶體映射情況的示例代碼： for(i = 0; i < NUM_MEM_AREAS; i++) { if(memory_map[i].used) { params->hdr.tag = ATAG_MEM; params->hdr.size = tag_size(tag_mem32); params->u.mem.start = memory_map[i].start; params->u.mem.size = memory_map[i].size; } 可以看出，在 memory_map［］陣列中，每一個有效的記憶體段都對應一個 ATAG_MEM 參數標記。

20 Linux 內核在啟動時可以以命令列參數的形式來接收資訊，利用這一點我們可以向內核提供那些內核不能自己檢測的硬體參數資訊，或者重載(override)內核自 己檢測到的資訊。比如，我們用這樣一個命令列參數字串"console=ttyS0,115200n8"來通知內核以 ttyS0 作為控制台，且串口採用 "115200bps、無同位、8位元資料位元"這樣的設置。下面是一段設置調用內核命令列參數字串的示例代碼： char *p; /* eat leading white space */ for(p = commandline; *p == ' '; p++) ; /* skip non-existent command lines so the kernel will still * use its default command line. */ if(*p == '\0') return; params->hdr.tag = ATAG_CMDLINE; params->hdr.size = (sizeof(struct tag_header) + strlen(p) ) >> 2; strcpy(params->u.cmdline.cmdline, p); params = tag_next(params); 請注意在上述代碼中，設置 tag_header 的大小時，必須包括字串的結束字元'\0'，此外還要將位元組數向上圓整4個位元組，因為 tag_header 結構中的size 成員表示的是字數。

21 下面是設置 ATAG_INITRD 的示例代碼，它告訴內核在 RAM 中的什麼地方可以找到 initrd 映象(壓縮格式)以及它的大小：
params->hdr.tag = ATAG_INITRD2; params->hdr.size = tag_size(tag_initrd); params->u.initrd.start = RAMDISK_RAM_BASE; params->u.initrd.size = INITRD_LEN; params = tag_next(params); 下面是設置 ATAG_RAMDISK 的示例代碼，它告訴內核解壓後的 Ramdisk 有多大（單位是KB）： params->hdr.tag = ATAG_RAMDISK; params->hdr.size = tag_size(tag_ramdisk); params->u.ramdisk.start = 0; params->u.ramdisk.size = RAMDISK_SIZE; /* 請注意，單位是KB */ params->u.ramdisk.flags = 1; /* automatically load ramdisk */ 最後，設置 ATAG_NONE 標記，結束整個啟動參數列表： static void setup_end_tag(void) { params->hdr.tag = ATAG_NONE; params->hdr.size = 0; }

22 3.2.5 調用內核 Boot Loader 調用 Linux 內核的方法是直接跳轉到內核的第一條指令處，也即直接跳轉到 MEM_START＋0x8000 地址處。在跳轉時，下列條件要滿足： 1． CPU 寄存器的設置： R0＝0； R1＝機器類型 ID；關於 Machine Type Number，可以參見 linux/arch/arm/tools/mach-types。 R2＝啟動參數標記清單在 RAM 中起始基底位址； 2． CPU 模式： 必須禁止中斷（IRQs和FIQs）； CPU 必須 SVC 模式； 3． Cache 和 MMU 的設置： MMU 必須關閉； 指令 Cache 可以打開也可以關閉； 資料 Cache 必須關閉； 如果用 C 語言，可以像下列示例代碼這樣來調用內核： void (*theKernel)(int zero, int arch, u32 params_addr) = (void (*)(int, int, u32))KERNEL_RAM_BASE; …… theKernel(0, ARCH_NUMBER, (u32) kernel_params_start); 注意，theKernel()函式呼叫應該永遠不返回的。如果這個調用返回，則說明出錯。

23 4. 關於串口終端 在 boot loader 程式的設計與實現中，沒有什麼能夠比從串口終端正確地收到列印資訊能更令人激動了。此外，向串口終端列印資訊也是一個非常重要而又有效的調試手段。但是， 我們經常會碰到串口終端顯示亂碼或根本沒有顯示的問題。造成這個問題主要有兩種原因：(1) boot loader 對串口的初始化設置不正確。(2) 運行在 host 端的終端模擬程式對串口的設置不正確，這包括：串列傳輸速率、同位、資料位元和停止位元等方面的設置。 此外，有時也會碰到這樣的問題，那就是：在 boot loader 的運行過程中我們可以正確地向串口終端輸出資訊，但當 boot loader 啟動內核後卻無法看到內核的啟動輸出資訊。對這一問題的原因可以從以下幾個方面來考慮： (1) 首先請確認你的內核在編譯時配置了對串口終端的支援，並配置了正確的串口驅動程式。 (2) 你的 boot loader 對串口的初始化設置可能會和內核對串口的初始化設置不一致。此外，對於諸如 s3c44b0x 這樣的 CPU，CPU 時鐘頻率的設置也會影響串口，因此如果 boot loader 和內核對其 CPU 時鐘頻率的設置不一致，也會使串口終端無法正確顯示資訊。 (3) 最後，還要確認 boot loader 所用的內核基底位址必須和內核映射在編譯時所用的運行基底位址一致，尤其是對於 uClinux 而言。假設你的內核映射在編譯時用的基底位址是 0xc ，但你的 boot loader 卻將它載入到 0xc 處去執行，那麼內核映射當然不能正確地執行了。 5. 結束語 Boot Loader 的設計與實現是一個非常複雜的過程。如果不能從串口收到那激動人心的"uncompressing linux done, booting the kernel……"內核啟動資訊，恐怕誰也不能說："嗨，我的 boot loader 已經成功地轉起來了！"。