基于PXA272的Bootloader的设计与实现

2硬件平台结构

我们的硬件平台采用PXA 272 作为处理器，工作频率为512M HZ,内部集成了64 M bytes NOR Flash。Intel PXA27X处理器是Intel公司推出的32位,基于Xscale架构的高性能的嵌入式芯片。【2】硬件平台结构中主要还包括了如下的主要器件：128 M SDRAM、AC97 codec、 LCD 控制器、IrDa芯片、蓝牙UART、USB控制器。另外还集成了3.5吋、240×320 QVGA的TFT-LCD 触摸屏、PCMCIA、SD/MMC等外设接口,WLAN模块。

Intel的PXA 27X内部支持SD Host的控制模块，有SD Host控制寄存器和可以用于SD Host控制器的IO引脚，可用编程的方法对其功能进行选择；但对于SD卡的检测，写保护和插槽的电源使能

等功能没有专门的引脚。在本文实现中，对于卡检测、电源引脚，通过GPIO扩展来实现。和SD卡硬件相关的部分引脚定义如表1所示：【3】【4】

表1 PXA 272部分GPIO引脚功能定义

一个嵌入式WinCE系统从软件的角度看通常可以分为两部分：Bootloader 和 Wince嵌入式系统。从Bootloader和Wince嵌入式系统的关系看,Bootloader包含两种不同的操作模式：“本地启动”模式和“下载启动”模式。【5】在本地启动模式下Bootloader从Flash上将Wince操作系统加载到RAM中运行。在下载启动模式下，目标机上的Bootloader将通过串口或者网络连接或者USB等从主机下载操作系统文件,也可以直接从SD/MMC卡、CF卡上加载操作系统镜像文件。在下载启动模式下,Bootloader通过串口给用户提供简单的命令行接口。

3.1Bootloader的流程

当系统上电后，ARM CPU会从物理地址零处开始执行第一条指令的执行，通常会在该地址处放置一条跳转指令。在我们的硬件平台中物理地址零是64M Flash的物理起始地址。这里值得需要说明的是64M Flash 是固化在Intel PXA 272中的。所以我们的Bootloader烧入也必须从Flash的物理地址零开始。Bootloader二进制文件的最前面的4个字节就是一条跳转指令。

接着系统会跳转到一段用ARM汇编编写的代码中去执行。其作用是完成系统启动所必须的最小配置,例如配置cpu的工作频率，配置GPIO,配置时钟等。然后为我们处理器的工作模式设置栈指针。

接着把Bootloader从Flash搬运到SDRAM中,配置MMU,创建页表,使能MMU,然后把自己后半部重定位到SDRAM中去执行。在后半部的执行中会根据用户做的动作（是否按住一个按钮）来判断是要本地启动还是下载启动。具体的流程图如图1所示。

当用户选择特定下载启动方式后，就进入具体的下载流程。首先需要对用户选定的介质的硬件进行必要的初始化。之前做的一些硬件的初始化是不够的，因为没必要在前面进行全面的硬件初始化，现在要具体使用了就需要进行具体的配置。

3.2软件实现的关键

Bootloader是依赖于硬件而实现的，特别是在嵌入式系统中。不同的体系结构需求的Bootloader是不同的；除了体系结构，Bootloader还依赖于具体的嵌入式板级设备的配置。所以根据不同的板级配置需要修改相应的Bootloader。【5】我们使用的bootloader是Microsoft提供的和Wince配套的Eboot。下面几点是在我们的硬件平台上修改Eboot的关键。

3.2.1配置内存映射表

WinCE嵌入式系统通过定义OEMAddressTable来定义虚拟内存到物理内存的映射表.这个表在我们的实现中是bootloader和WinCE系统公用的。【5】当然这不是强制性的.我们需要根据硬件平台的不同定制自己的映射表。在我们的设计中,这个表把4GB的物理空间映射到512M的内核虚拟空间。

表中的每一项由虚拟地址,物理地址,和映射的M数组成。其格式如下所示

OEMAddressTable

DCD SDRAM_BASE_C_VIRTUAL, SDRAM_BASE_PHYSICAL, 64

DCD SDRAM1_BASE_C_VIRTUAL, SDRAM1_BASE_PHYSICAL, 64

DCD IM_STORAGE_BASE_C_VIRTUAL, IM_STORAGE_BASE_PHYSICAL, 1

.....

DCD 0x00000000, 0x00000000, 0

第一项和第二项分别使64M的虚拟地址映射到64M物理地址,因为我们采用两条64M的SDRAM。第二项使1M的内部内存的虚拟地址映射到物理地址,因为我们使用1M大小的内部存储。最后一项必须是零,因为建立页表的时候程序通过它来判断是否结束映射过程。在配置MMU的时候会使用这个表来完成虚拟地址到物理地址的映射的页表的建立。