小谈一下Bootloader的原理与实现

三星s3c2410支持Nand Flash启动，但这并不意味着程序能够在Nand Flash中运行，这点与Nor Flash中不同。原因在于，Nand Flash不支持按字节寻址，它的最小寻址单位是页（512+16bytes）,其中可用容量为512bytes，后16bytes一般用于存放校验信息。所以，Nand Flash启动仅仅是在系统上电后，cpu拷贝Nand Flash的前4K内容到stepping stone中运行，后者是cpu中一个高速缓存。这么以来有两个问题：其一，bootloader代码如果大于4K，就必须做程序代码段，数据段的搬运工作，后面具体谈；其二，代码搬运后，要重定向pc，使其指向SDRAM所对应的内存。

典型的bootloader设计，将代码分成两个阶段，这主要是为了在代码的可移植性和效率上做一个折中。因为bootloader是高度硬件相关的，不同体系结构的cpu初始化等操作截然不同。代码的第一阶段主要任务的是初始化硬件设备，为bootloader第二阶段准备好RAM空间并初始化堆栈。这部分内容一般由汇编实现。第二阶段的主要工作是设置系统时钟，设置Translation Table并初始化MMU，设置内核启动参数并将内核映像由Nand Flash拷贝到相应的SDRAM中，最后跳转到内核的入口点。

值得一提的是，为什么bootloader的初始部分要用汇编？一种解释是有些操作必须用汇编实现，如协处理器寄存器的操作。更重要的问题在于，c程序需要一个具体的运行环境，如代码段，初始化的数据段，BSS段，栈，堆等。尤其是栈，它承担着C函数调用参数传递，局部变量的存储等工作（虽然C89中并没有迹象显示栈对于C程序是必须的）。再者，启动时仅有Nand Flash的前4K内容在stepping stone中运行，这如何能保证C程序的完整性呢？因此，通常的做法是将第一阶段的汇编代码在单独的模块实现，并链接到程序的开始处。然后有它将完整的bootloader程序映像文件从Nand Flash中搬运至SDRAM中，并设置好上面谈到的各个段。这么以来，第二阶段的代码就会在SDRAM中运行。

第一阶段汇编代码的入口处，一般首先放置的是cpu异常的跳转代码，如IRQ，FIQ，SWI，Undef等。中断源将中断请求送至cpu的中断控制器，通过中断控制器仲裁，决定被响应与否或响应的顺序。例如IRQ异常，cpu会跳转到IRQ异常跳转指令处，该指令修改pc地址使其指向IRQ异常处理例程。在处理历程中，程序通过判断中断源的偏移量，确定该IRQ异常的具体类型，计算出这种IRQ异常的中断响应函数，这个过程是通过查阅IRQ中断向量表来实现的。IRQ中断向量表中定义了具体IRQ中断响应函数的地址，这些地址可以在第二阶段根据需要而设置，例如Timer的中断响应函数等等。

第二阶段首先做的是设置时钟。s3c2410手册中明确指出，复位后，cpu使用外部时钟源，而非MPLL。通过设置MPLL，从而初始化HCLK，FCLK和PCLK，后者给cpu和外设提供稳定的时钟。接着可以对中断控制器和串口进行初始化，这样就可以通过串口向PC终端输出一些交互信息了。

接着打开MMU，指令缓存和数据缓存。这里可以设置协处理器CP15的Register 13（ProcID）为0，并建立从虚地址到物理地址的直接映射关系。

以上工作完成后，将存放于Nand Flash中的kernel和启动参数搬运到内存中的特定区域，重新设置好时钟（与内核中的保持一致）， 关闭MMU，指令缓存和数据缓存，跳转到内核的起始地址就可以运行了。

至此，bootloader就完成了它的历史使命，如果人品好的话，kernel就会乖乖的运行了。当然，这里假定的是手头上已经有一份移植并裁剪好的内核。