引導載入程式是系統加電後運行的第一段代碼。我們熟悉的 PC 中的引導程式一般由BIOS(Basic Input/Output System) 和位於 MBR(Master boot record) 的 OS bootloader（例如 LILO 或者 GRUB）一起組成。然而在嵌入式系統中通常沒有像... ...
引導載入程式是系統加電後運行的第一段代碼。我們熟悉的 PC 中的引導程式一般由BIOS(Basic Input/Output System) 和位於 MBR(Master boot record) 的 OS bootloader（例如 LILO 或者 GRUB）一起組成。然而在嵌入式系統中通常沒有像 BIOS 那樣的固件程式，因此整個系統的載入啟動任務就完全由 bootloader 來完成。設計bootloader的主要目的在於初始化系統的軟硬體環境進行引導啟動（“啟動載入”模式）以及系統的升級維護（“下載”模式）。
bootloader 是依賴於硬體而實現的，不同的體繫結構及板級配置的bootloader 是不同的，比如常見的簡單的無外部存儲器的STM32所使用的IAP（In Application Programming）及使用外部存儲的u-boot。但它們的基本設計原理都是一樣的。
階段設計
由於 Boot Loader 的實現依賴於 CPU 的體繫結構，因此大多數 Boot Loader 都分為 stage1 和 stage2 兩大部分。依賴於 CPU 體繫結構的代碼，比如設備初始化代碼等，通常都放在 stage1 中，而且通常都用彙編語言來實現，以達到短小精悍的目的。而 stage2 則通常用C語言來實現，這樣可以實現複雜的功能，而且代碼會具有更好的可讀性和可移植性（對於相同的 CPU 以及存儲設備，要增加外設支持，階段 1 的代碼可以維護不變，只對階段 2 的代碼進行修改）。
Stage1
硬體設備初始化
a． 屏蔽所有的中斷。 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響應任何中斷。中斷屏蔽可以通過寫 CPU 的中斷屏蔽寄存器或狀態寄存器（比如 ARM 的 CPSR 寄存器）來完成。 b． 設置 CPU 的速度和時鐘頻率。 c． RAM 初始化。 d． 初始化 LED。 e． 關閉 CPU 內部指令／數據 cache。 Bootloader 中所有對地址的操作都是使用物理地址，是實在的實地址，不存在虛擬地址，因此 MMU 必須關閉。Bootloader 主要是裝載內核鏡像，鏡像數據必須真實寫回 SDRAM 中，所以數據 cache 必須關閉；而對於指令 cache，不存在強制性的規定，但是一般情況下，推薦關閉指令 cache。為載入 Boot Loader 的 stage2 準備 RAM 空間
- 拷貝 Boot Loader 的 stage2 到 RAM 空間中
設置好堆棧
跳轉到 stage2 的 C 入口點
Stage2
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 映像和根文件系統映像從 flash 上讀到 RAM 空間中
- 設置啟動參數
調用內核
地址規劃設計
當 bootloader 階段設計好之後，需要考慮的是鏡像存儲的地址分配：總鏡像保存在什麼地方，階段 2 對應的鏡像會被拷貝到什麼地方；內核鏡像原先存放在什麼地方，bootloader會把它又重新載入到什麼地方。
Nor Flash啟動
Norflash像記憶體一樣是直接掛在系統匯流排上的，這樣有足夠多的地址線使得CPU能夠定址到每一個存儲單元上去，這也意味著CPU能夠直接通過匯流排訪問Norflash上存儲的內容，同時他還支持XIP(即Execute in place，不用將代碼搬到記憶體中，直接在Norflash上就能運行)。所以在這種啟動模式下，可以將整個bootloader放置其中，然後將地址映射到0x00000000，CPU從0x00000000直接啟動完成整個bootloader過程。Nand Flash啟動
Nand flash不能直接掛到系統匯流排上（一般為8位，數據、指令共用地址線），且他其讀寫，擦除操作必須依賴Nand flash控制器，這也就意味著Nand flash的存儲空間永遠不能映射到0x00000000這個地址上去。這時，常見的方式是Nand flash控制器會自動將其前4k內容拷貝到CPU內部的SRAM中。因此stage1的代碼就放在這最前面的4k空間中，它先完成外部SDRAM、Nand Flash等必要外設的初始化工作使它們可用之後將整個bootloader從Nand Flash拷貝到SDRAM中，為C語言設置好棧，然後跳轉到新拷貝的stage2的C人口處，開始stage2階段。由於成本的問題，在發佈的產品中我們一般直接唯一使用Nand Flash。
模式設計
對於普通用戶來說只需要 bootloader 的啟動載入模式，但是對於開發者來說，則需要下載模式，因為他們需要時時刻刻地進行一些鏡像的更新。
具體思路：在 bootloader 做完一些硬體初始化工作後，在載入內核鏡像之前，先在一定的時間內等待有沒有用戶有鍵盤輸入，如果沒有，則為啟動載入模式，直接載入內核鏡像進行啟動；如果有，則進入命令行格式，這時開發者就可以根據自己的需要以及 bootloader 的支持情況，做一些其他的工作。模式的轉換設計主要在階段 2 中實現。Copyright (C) 2016 archiexie@cnblogs. All Rights Reserved.
