摘要：The Bootloader(引导加载程序)是嵌入式系统CPU加电后即开始运行的第一段代码，它把Linux内核与硬件平台衔接在一起，对于嵌入式系统的后续软件开发十分重要。PPCBoot是功能十分强大的Bootloader。深入研究了PPCBOOt的工作机理，详细分析了PPCBoot在基于MPC8250型处理器的嵌入式系统板上的移植方法、过程与移植要点。
关键词：Bootloader；PPCBoot；MPC8250；嵌入式系统

1 引言
    Boodoader(引导加载程序)是CPU复位后和进入操作系统之前执行的一段代码，主要用于完成由硬件启动到操作系统启动的过渡，为操作系统提供基本的运行环境，如初始化CPU、堆栈、存储器系统等。Bootloader代码与CPU的内核结构、具体型号等因素有关，其功能类似于通用PC的BOIS程序。除了依赖CPU的体系结构外，Bootloader实际上还依赖于具体的嵌入式板级设备的配置。也就是说，对于二块不同的嵌入式板，即使它们使用相同的CPU构建，要想让运行在其中一块板上的Bootloader程序也能运行在另一块板上，通常也都需要修改Boofloader的源程序。因此，在嵌入式系统的开发中不可能有通用的Bootloader，开发时用户要根据具体的系统设计要求进行移植。

    从嵌入式系统的实际开发角度讲，嵌入式操作系统的引导、配置甚至应用程序的运行状况都与Bootloader有一定的关联，可以说，掌握Bootloader移植是顺利进行嵌入式系统开发的重要利器。在嵌入式Linux系统中，PPCBoot是功能强大的Boot-loader，它支持多种CPU体系结构，但相对也比较复杂。

    本文以MPC8250微处理器和嵌入式Linux为背景，针对性的提供了PPCBOOt在开发板上的移植方法，可以应用在基于MPC82xx系列处理器的嵌入式Linux系统应用开发中。

2 PPCBoot简介
    PPCBoot是德国DENX小组开发的用于多种嵌入式CPU的Bootloader引导程序，主要由德国的工程师Wolfgang Denk和Intemet上的一群自由开发人员对其进行维护和开发。支持PowerPC、ARM、MIPS、m68K等多种处理器平台，易于裁剪和调试。

    PPCBoot遵循GPL(通用公共许可)公约，完全开放源代码。PPCBoot源代码可以在sourceforge网站的社区服务器中获得，它的项目主页是http：//sourceforge． net/projects/ppcboot，也可以从DENX的网站htrp：//www.denx.de下载。笔者使用的版本是PPCBoot-2.0.0。

    PPCBoot的主要特点如表1所列。

3 PPCBoot的运行流程
    当MPC8250上电或者施加复位信号时，CPU通过读取数据总线D[0：3l]上的值或根据内部的缺省常数D[0：31]=0x00000000，确定它的状态。如果CPU在读取总线值时，RSTCONF#滞表示低电平有效，以下类同)为低电平，则硬复位配置字(HRCW)从总线上读取，若RSTCONF#为高电平，则HRCW选用内部的默认值。

    上电后，启动存储控制器CSO#(对应于Flash的片选信号)有效，选中Flash，CPU地址线上输出硬件复位中断向量对应的地址0x00000100，开始读第1条指令，在PPCBoot中，这条指令对应于/ppcboot/cpu/mpc8260/start.S中的_start：标号处。下面介绍具体的启动过程。

    (1)运行start.S(/ppcboot/cpu/mpc8260/start.S)从一start：标号处执行。在完成CPU本身基本的初始化后，主要是初始化CPU内部寄存器的一些状态，主要设置IMMR、ICTRL、D-cache、I-cache等。从in_flash：处执行，设置C语言工作环境，再调转到代码bl cpu_init_f(第2步)和bl board_init_f(第3步)。

    (2)CPU的底层初始化(/ppcboot/cpu/mpc8260/epu_init.C)从start.S中跳转到函数cpu_init_f(volatileimmap_t*immr)处，进行CPU的底层初始化，主要设置了watchdog、SIUMCR寄存器、时基(timebase)寄存器、PIT(周期中断寄存器)、锁相环、系统定时器、存储控制器和CPM等。

    (3)板上的第1次初始化(/ppcboot/lib_ppc/board.c)完成第2步后，返回地址放人LR寄存器中，再从start.S中跳转到函数board_init_f(ulong bootflag)处，该函数实现板上的第1次初始化，完成SMC初始化和一些硬件测试。尤其是RAM初始化，并分配内存空间，保存板子的信息，准备好在RAM中重定向代码。然后调用relocate_code函数，将PPCBoot移到RAM中运行。

    (4)搬运代码到内存中(/ppeboot/cpu/mpc8260/8tart.s)
    从函数board_init_f跳到/ppcboot/cpu/mpc8260/start.S中的relocate_code()函数处，然后将代码搬至SDRAM工作，调整GOT表，做一些重定位后开始在RAM中运行代码。

    (5)板上的第2次初始化(/ppcboot/lib_ppc/board.C)在relocate_code()函数后将跳转到board_init_r()函数处执行第2次初始化，主要完成一些数据结构、高端模块及系统设备的相关初始化。

    (6)命令的解析与执行(/ppcboot/commom/main.C)在进行初始化后，PPCBoot会执行函数board_init_r()中的main_loop()函数循环，即监控程序。PPCBoot的监控程序会根据用户从控制台的输入完成预先设定的工作。该函数在/ppebooffeommom/main.c中。在函数main_loop()会调用/ppeboot/com-mom/main.C中的run_command()函数完成命令的解析，并转去执行相应的处理函数。

4 PPCBoot源代码的修改和编译
    要将PPCBoot移植到新的开发板上，应该根据具体的系统设计要求，按照系统硬件配置修改PPC-Boot的源代码。

    移植主要包括2个层面的移植，第1层是针对CPU的移植，PPCBoot支持的CPU类型在目录/cpu中，MPC8250对应在/cpu/mpe8260目录；第2层是针对具体board的移植，这主要根据开发者自己的具体设计修改代码。为了减少工作量，可以从PPC-Boot支持的demo板选择1个和自己的开发板硬件相似的板子作为模板，这里，笔者选择MPC8260ADS板作为参考板，直接修改与该板上相关的源代码文件。

4．1 开发板硬件
    在修改PPCBoot源代码之前，要了解开发板的硬件配置情况，根据硬件配置对源代码中的配置值做相应的修改，表2列举出板子的硬件基本信息。另外，MPC8250开发板的外围设备接口主要有10/100M自适应网卡接口、RS232串口、PCI接口和全功能JTAG调试接口等。

4．2 修改PPCBoot源代码
    从移植PPCBoot的最小要求和PPCBOOt能正常启动的角度出发，并比较MPC8260ADS板和开发目标板异同之后，主要考虑修改以下文件。

    (1)修改头文件mpc8260ads.h。mpe8260ads.h是板子的配置文件，它配置了板子的CPU、系统时钟、SDRAM、Flash系统及其他所有开发板的信息，是需要修改的最重要的文件。

    在该文件中设置IMMR CPU寄存器基地址，注意该值必须与操作系统的设置一样。
    #define CFG—IMMR 0xF0000000
    设置CPU时钟
    #define CONFIG_8260_CLKIN 33333333 /*in Hz */
    设置：Flash、SDRAM，包括基址、大小、环境参数的偏移和大小，还有内存刷新周期，都要根据目标板的具体情况设置；设置环境参数，用于网络下载、启动；另外，BR0、OR0、BR1、OR1等内存控制值，Watch．dog及一些目标板特定的参数也要根据实际情况设置。

    (2)Linux启动时，要从PPCBoot获得内存基地址和大小、时钟频率、波特率、IP地址等参数，所以ppcbooth文件中定义的结构体bd-info的成员顺序必须与Linux操作系统的定义保持一致，实现参数的正确传递。

    (3)修改mpc8260ads.c。mpe8260ads.c中配置了I/O端口表，初始化SDRAM，完成板子的校验工作。其中，I/O端口表配置了网络端口和板上其他一些通用I/O端口，函数initdram根据SDRAM寄存器的配置完成SDRAM的初始化。

    (4)修改config.mk。修改ppcboot/board/mpc826Oads/config.mk，设置TEXT_BASE=0xEF000000，使得TEXT_BASE的值和头文件中CFG_FLASH_BASE的值一样，这个值定义启动地址。

4．3 编译PPCBoot
    在代码修改完成后，就要进行重新编译，对PPC-Boot的编译需要在Linux主机上建立PowerPC的交叉编译环境器。自己动手一步一步建立交叉编译环境通常比较复杂，最简单的方法是使用别人编译好的交叉编译工具。笔者使用的是MontaVista提供的完整的开发工具集CDK。

    在RedHat Linux9.O主机上建立好交叉编译工具后，要修改PPCboot目录下的Makefile文件，指定交叉编译器的完整路径名，然后用下面的命令进行配置和编译：
    #make MPC8260ADS_ config
    #make
    编译完成后，得到3个文件：
    * ppcboot：这是ELF(Executable and Link Format)格式的文件，可以被大多数Debug程序识别。
    *ppcboot.bin：这是二进制bin文件，纯粹的ppeboot的二进制执行代码，不包含ELF格式和调试信息。这个文件一般用于安装烧录ppcboot到用户的开发板。
    *ppcboot．srec：Motorola的S-Record格式．是可以通过串口下载到开发板中的文件。

5 移植PPCBoot
    编译好的ppcboot．bin文件通过JTAG接口下载到Flash的起始地址处，再次上电后，就可以看到PPCBoot的启动信息：
    PPCBoot 2．0．O(Jul 12 2005—18：21：391
    RewinTeeh：Fengjunping&&Huangjianzhong MPC8260
    Reset Status：External Soft．Extemal Hard MPC8260
    Clock Configuration
    —Bus—to—C0re Mull 5x．VCO Div 2,60x Bus Freq 20—60，Core Freq 100-300一dtbrg 0，coreenf Oxob，busdf 5，cpmdf 1，plldf 0，pnmf 2
    一vco__out 199999998，scc_elk 49999999，brg_elk49999999
    一cpu_clk 166666665，epm_clk 99999999，bus_clk33333333
    CPU： MPC8260(Rev 14，Mask unknown[immr=0x0064，k=0x002d])at 166．666 MHz
    Board：Motorola MPC8260ADS
    I2C：ready
    DRAM：16MB
    F1ash：16 MB
    ***Warning—bad CRC．using default environment
    In： serial
    Out：serial
    Err：serial
    stan linux now(y／n)：=>

    输入help得到所有命令列表，help command列出该命令的功能。紧接着测试Flash和网卡，如果都正常工作，表明移植PPCBoot的工作基本完成，可以接着调试内核和文件系统。

    实际过程中可能由于考虑不周而需要多次修改。移植成功后，也可以添加一些其他功能(如LED的驱动等)，在此基础上添加功能相对比较容易。

6 结束语
    Bootloader在嵌入式开发中是操作系统和硬件的枢纽，它为操作系统内核的启动提供了必要的条件和参数。在移植过程中，开发人员除了要掌握Bootloader的结构和工作流程外，还要对相关硬件有一定的了解。目前，笔者移植的PPCBoot已经能够稳定地运行在开发板上，而且可以通过FIash和网络加载内核和文件系统，为后续开发特别是驱动程序的开发奠定了良好的基础。对于不同的CPU和开发板，其基本方法和步骤是相同的，笔者希望自己的经验能对有关嵌入式设计人员提供帮助。