什么是bootloader程序及其功能和特点

通常，Boot Loader 是严重地依赖于硬件而实现的，特别是在嵌入式世界。因此，在嵌入式世界里建立一个通用的 Boot Loader 几乎是不可能的。尽管如此，我们仍然可以对 Boot Loader 归纳出一些通用的概念来，以指导用户特定的 Boot Loader 设计与实现。

1. Boot Loader 所支持的 CPU 和嵌入式板

每种不同的 CPU 体系结构都有不同的Boot Loader。有些 Boot Loader 也支持多种体系结构的 CPU，比如 U-Boot 就同时支持 ARM 体系结构和MIPS 体系结构。除了依赖于 CPU的体系结构外，Boot Loader 实际上也依赖于具体的嵌入式板级设备的配置。这也就是说，对于两块不同的嵌入式板而言，即使它们是基于同一种 CPU 而构建的，要想让运行在一块板子上的 Boot Loader 程序也能运行在另一块板子上，通常也都需要修改 Boot Loader 的源程序。

2. Boot Loader 的安装媒介（Installation Medium）

系统加电或复位后，所有的CPU 通常都从某个由 CPU 制造商预先安排的地址上取指令。比如，基于 ARM7TDMI core 的 CPU 在复位时通常都从地址 0x00000000 取它的第一条指令。而基于CPU 构建的嵌入式系统通常都有某种类型的固态存储设备(比如：ROM、EEPROM 或 FLASH 等)被映射到这个预先安排的地址上。因此在系统加电后，CPU 将首先执行Boot Loader 程序。

下图1就是一个同时装有 Boot Loader、内核的启动参数、内核映像和根文件系统映像的固态存储设备的典型空间分配结构图。

图1 固态存储设备的典型空间分配结构

3. 用来控制 Boot Loader 的设备或机制

主机和目标机之间一般通过串口建立连接，Boot Loader 软件在执行时通常会通过串口来进行 I/O，比如：输出打印信息到串口，从串口读取用户控制字符等。

4. Boot Loader 的启动过程是单阶段（Single Stage）还是多阶段（Multi-Stage）

通常多阶段的 Boot Loader 能提供更为复杂的功能，以及更好的可移植性。从固态存储设备上启动的 Boot Loader 大多都是 2 阶段的启动过程，也即启动过程可以分为 stage 1和 stage 2 两部分。而至于在 stage 1 和 stage 2 具体完成哪些任务将在下面几篇讨论。

5. Boot Loader 的 *** 作模式 (Operation Mode)

大多数 Boot Loader 都包含两种不同的 *** 作模式："启动加载"模式和"下载"模式，这种区别仅对于开发人员才有意义。但从最终用户的角度看，Boot Loader 的作用就是用来加载 *** 作系统，而并不存在所谓的启动加载模式与下载工作模式的区别。

启动加载（Boot loading）模式：这种模式也称为"自主"（Autonomous）模式。也即 Boot Loader 从目标机上的某个固态存储设备上将 *** 作系统加载到 RAM 中运行，整个过程并没有用户的介入。这种模式是 Boot Loader 的正常工作模式，因此在嵌入式产品发布的时侯，Boot Loader 显然必须工作在这种模式下。

简单地说，BootLoader就是在 *** 作系统内核运行之前运行的一段小程序。通过这段小程序，我们可以初始化硬件设备、建立内存空间映射图，从而将系统的软硬件环境带到一个合适状态，以便为最终调用 *** 作系统内核准备好正确的环境。在嵌入式系统中，通常并没有像BIOS那样的固件程序（注，有的嵌入式CPU也会内嵌一段短小的启动程序），因此整个系统的加载启动任务就完全由BootLoader来完成。比如在一个基于ARM7TDMI core的嵌入式系统中，系统在上电或复位时通常都从地址0x00000000处开始执行，而在这个地址处安排的通常就是系统的BootLoader程序。

Redboot

Redboot是Redhat公司随eCos发布的一个BOOT方案，是一个开源项目。 当前Redboot的最新版本是Redboot-2.0.1，Redhat公司将会继续支持该项目。 Redboot支持的处理器构架有ARM，MIPS，MN10300，PowerPC， Renesas SHx，v850，x86等，是一个完善的嵌入式系统Boot Loader。 Redboot是在ECOS的基础上剥离出来的，继承了ECOS的简洁、轻巧、可灵活配置、稳定可靠等品质优点。它可以使用X-modem或Y-modem协议经由串口下载，也可以经由以太网口通过BOOTP/DHCP服务获得IP参数，使用TFTP方式下载程序映像文件，常用于调试支持和系统初始化（Flash下载更新和网络启动）。Redboot可以通过串口和以太网口与GDB进行通信，调试应用程序，甚至能中断被GDB运行的应用程序。Redboot为管理FLASH映像，映像下载，Redboot配置以及其他如串口、以太网口提供了一个交互式命令行接口，自动启动后，REDBOOT用来从TFTP服务器或者从Flash下载映像文件加载系统的引导脚本文件保存在Flash上。当前支持单板机的移植版特性有： - 支持ECOS，Linux *** 作系统引导 - 在线读写Flash - 支持串行口kermit，S-record下载代码 - 监控(minitor)命令集:读写I/O，内存，寄存器、 内存、外设测试功能等 Redboot是标准的嵌入式调试和引导解决方案，支持几乎所有的处理器构架以及大量的外围硬件接口，并且还在不断地完善过程中。

ARMboot

ARMboot是一个ARM平台的开源固件项目，它特别基于PPCBoot，一个为PowerPC平台上的系统提供类似功能的姊妹项目。鉴于对PPCBoot的严重依赖性，已经与PPCBoot项目合并，新的项目为U-Boot。 ARMboot发布的最后版本为ARMboot-1.1.0，2002年ARMboot终止了维护。 ARMboot支持的处理器构架有StrongARM ，ARM720T ，PXA250 等，是为基于ARM或者StrongARM CPU的嵌入式系统所设计的。 ARMboot的目标是成为通用的、容易使用和移植的引导程序，非常轻便地运用于新的平台上。ARMboot是GPL下的ARM固件项目中唯一支持Flash闪存，BOOTP、DHCP、TFTP网络下载，PCMCLA寻线机等多种类型来引导系统的。特性为： -支持多种类型的FLASH -允许映像文件经由BOOTP、DHCP、TFTP从网络传输； -支持串行口下载S-record或者binary文件 -允许内存的显示及修改 -支持jffs2文件系统等 Armboot对S3C44B0板的移植相对简单，在经过删减完整代码中的一部分后，仅仅需要完成初始化、串口收发数据、启动计数器和FLASH *** 作等步骤，就可以下载引导uClinux内核完成板上系统的加载。总得来说，ARMboot介于大、小型Boot Loader之间，相对轻便，基本功能完备，缺点是缺乏后续支持。

U-Boot

U-Boot是由开源项目PPCBoot发展起来的，ARMboot并入了PPCBoot，和其他一些arch的Loader合称U-Boot。2002年12月17日第一个版本U-Boot-0.2.0发布，同时PPCBoot和ARMboot停止维护。 U-Boot自发布以后已更新6次,最新版本为U-Boot-1.1.1，U-Boot的支持是持续性的。 U-Boot支持的处理器构架包括PowerPC (MPC5xx，MPC8xx，MPC82xx，MPC7xx，MPC74xx，4xx)， ARM （ARM7，ARM9，StrongARM，Xscale），MIPS (4Kc，5Kc)，x86等等， U-Boot（Universal Bootloader）从名字就可以看出，它是在GPL下资源代码最完整的一个通用Boot Loader。 U-Boot提供两种 *** 作模式：启动加载（Boot loading）模式和下载（Downloading）模式,并具有大型Boot Loader的全部功能。主要特性为： -SCC/FEC以太网支持 -BOOTP/TFTP引导 -IP，MAC预置功能 -在线读写FLASH，DOC, IDE，IIC，EEROM，RTC -支持串行口kermit，S-record下载代码 -识别二进制、ELF32、pImage格式的Image，对Linux引导有特别的支持 -监控(minitor)命令集:读写I/O，内存，寄存器、内存、外设测试功能等 -脚本语言支持（类似BASH脚本） -支持WatchDog，LCD logo，状态指示功能等 U-Boot的功能是如此之强大，涵盖了绝大部分处理器构架，提供大量外设驱动，支持多个文件系统，附带调试、脚本、引导等工具，特别支持Linux,为板级移植做了大量的工作。U-Boot1.1.1版本特别包含了对SA1100和44B0芯片的移植，所以44B0移植主要是针对Board 的移植，包括FLASH、内存配置以及串口波特率等等。U-Boot的完整功能性和后续不断的支持，使系统的升级维护变得十分方便。

Blob

Blob(Boot Loader Object)是由Jan-Derk Bakker and Erik Mouw发布的，是专门为StrongARM 构架下的LART设计的Boot Loader。 Blob的最后版本是blob-2.0.5。 Blob支持SA1100的LART主板，但用户也可以自行修改移植。 Blob也提供两种工作模式，在启动时处于正常的启动加载模式，但是它会延时 10 秒等待终端用户按下任意键而将 Blob 切换到下载模式。如果在 10 秒内没有用户按键，则 Blob 继续启动 Linux 内核。其基本功能为： 初始化硬件（CPU速度，存储器，中断，RS232串口） -引导Linux内核并提供ramdisk - 给LART下载一个内核或者ramdisk -给FLASH片更新内核或者ramdisk -测定存储配置并通知内核 -给内核提供一个命令行 Blob功能比较齐全，代码较少，比较适合做修改移植，用来引导Liunx，目前大部分S3C44B0板都用Blob修改移植后来加载uClinux。

Bios-lt

Bios-lt是专门支持三星（Samsung）公司ARM构架处理器S3C4510B的Loader，可以设置CPU/ROM/SDRAM/EXTIO，管理并烧写FLASH，装载引导uClinux内核。这是国内工程师申请GNU通用公共许可发布的。 Bios-lt的最新版本是Bios-lt-0.74，另外还提供了S3C4510B的一些外围驱动。

Bootldr

Bootldr是康柏（Compaq）公司发布的，类似于compaq iPAQ Pocket PC，支持SA1100芯片。它被推荐用来引导Llinux,支持串口Y-modem协议以及jffs文件系统。 Bootldr的最后版本为Bootldr-2.19。

在启动前要做： 1、USBHIDBootloaderv1.2.0.0应用只能与合适的设备USBHIDBootloader固件版本v1.2.0.0使用，它是免费的，可以从mikroElektronika的网站上下载。 2、Bootloader使用USBHID级连接，不需要额外的 *** 作系统驱动器。步骤： 1、建立USB链...

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