Edwick: bootloader-redboot

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2008年11月27日星期四

HAL架构

HAL在eCos中是一个多层次的架构，层级封装了不同的功能，它包括：

the architecture HAL

架构抽象包含基本的CPU架构，比如interrupt，上下文切换，CPU启动等
the variant HAL

变体抽象层专注某一CPU的特性，比如caches，MMU和FPU等，他通常也处理内存和中断控制器等外设。
the platform HAL

平台抽象层专注于现任的平台特性，比如平台启动，定时器，I/O寄存器访问和中断控制器等等。

HAL接口

这里讲究HAL实现了哪些接口。

architecture characterization

这里包含了CPU基础架构的定义。包括了CPU段文存储格式，上下文切换，bit twiddling，断点，堆栈大小和地址转换。这些定义位于：

cyg/hal/hal_arch.h (arch HAL)
cyg/hal/var_arch.h (var HAL)
cyg/hal/plf_arch.h (plf HAL)

以下为议题细节

register save format
thread context initialization
thread context switching
bit indexing
idle thread activity
reorder barrier
breakpoint support
GDB support
setjmp and longjmp support
stack sizes
address translation
global pointer

interrupt handling

这些接口定义了中断处理相关的定义，包括了异常和中断号，中断允许和屏蔽和实时时钟操作。这些定义可以位于：

cyg/hal/hal_intr.h (arch HAL)

而变体和平台抽象层定义位于：

cyg/hal/var_intr.h (var HAL)
cyg/hal/plf_intr.h (plf HAL)
cyg/hal/hal_platform_ints.h (?)

议题细节：

vector numbers
interrupt state control
ISR and VSR management
interrupt controller management
clock control
microsecond delay

HAL I/O

此接口定义了对设备控制寄存器的访问支持。

cyg/hal/hal_io.h
cyg/hal/var_io.h
cyg/hal/plf_io.h

议题细节有：

cache control

此接口定义了CPU caches的控制支持。

cyg/hal/hal_cache.h
cyg/hal/var_cache.h
cyg/hal/plf_cache.h

详细议题：

cache dimensions
global cache control
cache line control

Linker scripts（连接器脚本，lds）

连接器脚本对于eCos程序来说是必须的，他定义了内存区域，地址和尺寸，代码段和数据段的放置位置，还有分配不同的编译器声称的段。

一般lds位于install/lib/target.ld，它事实上是由其他两类文件声称，一个基本的lds和 ldi文件声称的。

基本lds由arch HAL或者var HAL提供，它由一组lds段组成。ldi由plf HAL提供哦你，它包含目标平台的的内存布局信息，位于

pkgconf/mlt____.ldi

这些ldi文件都是由相应的mlt(memory layout tool)脚本生成的。

诊断支持

略

SMP支持

略

参考资料

2008年11月25日星期二

Cirrus EP9302

Cirrus Logic是美国德州的一家半导体制造商，早在1989年就进入NASDAQ，股票代码是CRUS。
EP93xx是基于ARM920T的主板系列，在官方上你可以看到详尽的EP9302资料。

http://www.cirrus.com/en/products/pro/detail/P1066.html

EP9302和EP9301最大的区别就在于，CPU核心加入了一个浮点运算部件MaverickCrunch。

我在开始的时候曾经说过，eCos支持非常多的架构，包括ARM， CalmRISC, FR-V, H8,
IA32, M68K, Matsushita AM3x, MIPS, NEC V8xx, PowerPC, SPARC, SuperH。这是eCos非
常值得骄傲的一点，也充分发挥了开源的长处。但是毕竟世界上的主板千千万，从汽车到蓝
牙，无线设备等等等等，eCos开发小组也无法支持所有的主板。如果厂商新推出一个主板，
那多半需要自己拓展eCos来支持自己的新板，我所使用的Cirrus Logic就是一个例子。

你可以在官方网站上找到这些工具：

cirrus-arm-linux-2.0.8-full.tar.bz2 (Cirrus Linux套件)
arm-elf-gcc-3.2.1-full.tar.bz2 (arm-elf-gcc)
arm-linux-gcc-3.4.3-1.0.1.tar.bz2 (arm-linux-gcc)

搭建工作环境

(此工作环境是在Red Hat Linux 9.0下配置完成，嵌入式开发普遍需要串口支持。)

解压arm-elf-gcc-3.2.1-full.tar.bz2得到两个目录，按照目录指引放置文件

在/etc/profile或者~/.bashrc中添加系统环境变量。比如 /etc/profile

if [ `id -u` = 0]; then
 pathmunge /sbin
 pathmunge /usr/sbin
 pathmunge /usr/local/sbin
#newly added for arm-3.4
        pathmunge /usr/local/arm/3.4/bin
fi

配置安装redboot

这步会非常简单。Cirrus几乎把一切工作都做好了，解压cirrus-arm-linux-2.0.8.tar.bz2
进入目录 cirrus-arm-linux-2.0.8/edb9302，直接编译

cd /path/to/cirrus-arm-linux-2.0.8/edb9302
make redboot

然后得到cirrus-arm-linux-2.0.8/edb9302/images/redboot.bin，这就是一个redboot内核，
他使用了ecos的redboot模板，创建针对EP9302主板的ecos内核。安装也是比较方便，这使
用到了cirrus给的download工具（如果没有，你还需要编译）：

../download/download -p 1 images/redboot.bin

通常情况下，我们的主板都是不允许FLASH被任意擦写的，这个规定在硬件上被强制实现：
用短路块连接EP9302的JP14的2、3脚。相反接到1、2脚，这个时候Flash会根据写入的协议
向外发布数据，待download侦测到数据时候会进行握手和数据传递。

然后关闭主板，进入EP9302，则可以进入Redboot命令行。

编译烧录linux

# busybox config
cd /path/to/cirrus-arm-linux-2.0.8
tar jxf tarballs/busybox-1.1.3.tar.bz2
cd busybox
make menuconfig

# compile ramdisk.gz
cd /path/to/cirrus-arm-linux-2.0.8/edb9302
make ramdisk

# compile linux zImage
make linuxconfig
make linux

这样就在/path/to/cirrus-arm-linux-2.0.8/edb9302/images中生成两个文件：
ramdisk.gz和zImage。

其中busybox和linux都需要对自己需求的理解来进行配置，在这里不再赘述。这里将一下
linux拷贝方法。将Linux内核传递给EP9302，是使用到了tftp(Trival FTP)，首先需要配置
Red Hat 9.0主机的tftp客户端（/etc/xinetd.d/tftp），tftp常常用于无盘工作站。在这
里作为RH和EP9302的通讯协议。

然后进入EP9302 redboot配置主板（主要是网络）。

# ---- 主板配置部分 ----
# Local IP address是EP9302 IP地址
# Default server IP address是RH9 IP地址
RedBoot> fcon -i
Initialize non-volatile configuration - continue(y/n)
Run script at boot: true
Boot script:
Enter script, terminate with empty line
>> fis load ramdisk
>> fis load zImage
>> exec -r 0x800000 -s 0x800000
>>
Boot script(1000ms resolution): 1
Use BOOTP for network configuration: false
Gateway IP address: 192.168.16.1
Local IP address: 192.168.16.93
Local IP address mask: 255.255.255.0
Default server IP address: 192.168.16.91
DNS server IP address:
Network hardware address[MAC]:0x78:0x56:0x34:0x12:0x64:0x30
GDB connection port: 9000
Force console for special debug messages: false
Network debug at boot time: false
Update RedBoot non-volatile configuration - continue(y/n)? y

# ---- 拷贝文件部分 ----
RedBoot> fis init -f
RedBoot> load -v -r -b 0x800000 ramdisk.gz -h 192.168.16.91
RedBoot> fis create -b 0x800000 -l 0x800000 ramdisk
RedBoot> load -v -r -b 0x80000 zImage -h 192.168.16.91
RedBoot> fis create -b 0x80000 -l 0x120000 zImage

# ---- 重启 ----
RedBoot> re

重启EP9302之后，主板开机加载RedBoot，然后执行默认的启动脚本，加载ramdisk和zImage。
就这样我们进入Linux，第一次进入嵌入式Linux的感觉，是不是很奇妙？

2008年11月22日星期六

eCos，高度自制性的嵌入式操作系统

eCos, embedded configuratable os. 这个名字很好的说明了这个操作系统的特性，高度可配置的嵌入式操作系统。他现在是非常流行的嵌入式操作系统，支持很多嵌入式平台（远远不只是ARM平台），而且配置简单。他原先是由Cygnus开发，后来归于Red Hat旗下。

安装

你可以按照官方的方来安装eCos，使用脚本来完成整个下载和安装过程很方便，这个过程安全但是不可靠。其实本质上需要的就是下载两个包，和一套安装方法。

解压后的目录可以放置在任意位置（例如/opt/redboot），然后在此目录下创建以下脚本— (记住设置系统环境变量ECOS_REPOSITORY)

#!/bin/sh
export ECOS_DEST=/opt/redboot
export ECOS_REPOSITORY=$ECOS_DEST/ecos-2.0/packages/
export PATH=$PATH:$ECOS_DEST/gnutools/i386-elf/bin/:$ECOS_DEST/ecos-2.0/tools/bin


rm build -rf
mkdir build
cd build
# ecosconfig new TARGET [template [version]]
# -- create a configuration file: ecos-2.0/packages/ecos.ecc
ecosconfig new pc redboot

# ecosconfig import
# -- import additional config info
ecosconfig import ${ECOS_DEST}/ecos-2.0/packages/hal/i386/pc/v2_0/misc/redboot_FLOPPY.ecm

# ecosconfig tree
# -- create a build tree
ecosconfig tree
make

这样就得到一个裸露的内核redboot.bin，可以制作一个启动软盘，来在虚拟机里测试它。

ecos术语

package

parcket关键字对应一组完成独立功能的代码包，他可以内嵌cdl脚本，来容纳更小的单位，如cdl_option和cdl_component。 option和component是更小的代码元素，在解析之后将会成为C语言的宏。比如：

cdl_option CYGSEM_REDBOOT_DEFAULT_NO_BOOTP {
  user_value 1
};

生成在.h文件，就是 CYGSEM_REDBOOT_DEFAULT_NO_BOOTP 1

target

target指定某种目标架构，关键字下将会定义很多的packet，来设置需要的组建和代码包。

target edb9302 {
 alias       { "Cirrus Logic EDB9302 evaluation board" ep9302 }
 packages    { CYGPKG_HAL_ARM
               CYGPKG_HAL_ARM_ARM9
               CYGPKG_HAL_ARM_ARM9_EP93XX
               CYGPKG_DEVS_FLASH_STRATA
               CYGPKG_DEVS_FLASH_EDB9301
               CYGPKG_DEVS_ETH_ARM_EP93XX
     }
 description "
The EDB9302 target provides the packages needed to run eCos on the Cirrus Logic
EP9302 based development boards."
 set_value CYGHWR_HAL_ARM_EDB93XX_VARIANT "EP9302"
}

此target旨在建立edb9302，他会包含packets中指明的packet，并且设置宏 CYGHWR_HAL_ARM_EDB93XX_VARIANT "EP9302"

template

template是指为某种目的build而建立的相应模板配置，比如选取一些包，配置一些选项等等。在目录 ecos-2.0/package/templates 下面有一些模板的目录。

文件 ecos.db

ecos-2.0/packages/ecos.db是ecos的选项总表，是维系整个ecos代码的数据库。他定义了全部的target和target所需要packets。ecosconfig将从中获取信息，构建ecos.ecc，从而完成代码树的构建。

文件 ecos.ecc

由ecosconfig声称的目标代码的设置文件，他包括了生成目标代码所需的所有选项配置，包括了template, option，component等等等等。ecos.ecc有可能包含有冲突的部分，你需要解决这些冲突，然后ecosconfig tree 声称代码树。

解释刚才的redboot.sh脚本

ecosconfig new pc redboot

此命令来创建一个针对target pc的ecc脚本，他将选取redboot作为模板。根据模板和 ecos.db，ecosconfig会向ecos.ecc脚本放置所有可能的组建，选项和包集合。

ecosconfig import ${ECOS_DEST}/ecos-2.0/packages/hal/i386/pc/v2_0/misc/redboot_FLOPPY.ecm

引入ecm设置，表明我们选择的启动媒体是软盘，你也可以选择其他介质。

ecosconfig tree

根据ecos.ecc来生成代码集合，之后make，完成编译安装。

eCos架构

这是一个ecos的系统框图，框图重点突出了Hardware Abstraction Layer在eCos中的重要作用。如果要领悟这些，还需要参看eCos代码。

这里重点表述了redboot模板的eCos系统架构，redboot相当于是一个bootloader，但是他的作用远远不只是启动内核那么简单。除了提供网络功能，他还包括了硬件初始化，调试，文件系统等等功用。是嵌入式中应用非常广泛的bootloader。

有空下次聊聊eCos的源代码架构。

http://en.wikipedia.org/wiki/ecos
http://ecos.sourceware.org/
http://www.ecoscentric.com/ecos/ecospro.shtml

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