基于MPC8377E嵌入式系统的U-Boot移植

李青荣，任 昱

（1.中国电子科技集团公司第二十八研究所，江苏 南京 210007；2.南京莱斯信息技术股份有限公司，江苏 南京 210007）

0 引言

PC 机的系统引导通常由BIOS 和引导程序完成，引导程序一般使用GRUB；而嵌入式系统一般没有BIOS 这样的固件程序，系统的引导加载完全由Bootloader 独立完成。Bootloader 在操作系统运行前完成初始化硬件环境、建立内存空间的映射表等操作，使得硬件设备初始到正常工作状态，从而建立适当的系统软硬件环境，为最终调用操作系统内核做好准备。嵌入式系统，Bootloader 与底层硬件平台联系紧密，每个不同配置的目标板有不同的Bootloader，因此Bootloader 需要按照硬件具体设计定制，然后烧录到引导启动的ROM 或Flash 中。从可利用的资源和实际项目开发考虑，采用移植已有的Bootloader 源码作为项目的引导程序，可以有效的降低项目开发成本，保证项目的顺利开展。基于以下几点本系统选择了U-Boot 作为引导程序：（1）源码开放；（2）支持引导多种嵌入式操作系统；（3）支持多种型号的处理器；（4）具有较高的可靠性和稳定性；（5）丰富灵活的功能设置，适合U-Boot 调试、不同操作系统的引导要求和产品发布等；（6）具有丰富的设备驱动源码，如SDRAM、以太网、LCD、FLASH、EEPROM、RTC、键盘和串口等；（7）较为丰富的开发调试文档说明，具有强大的网络技术支持。

1 硬件平台简介

本系统开发的是基于PowerPC MPC8377E 处理器为核心的硬件平台，原理框图设计如图1 所示。MPC8377E 外围接口丰富，可参考实际需求自由删减，提供了系统开发很大程度的灵活性，同时降低产品开发的难度与成本，有效缩短产品从研发到投放市场的时间，提高了产品的竞争力。MPC8377E 处理器是PowerQUICCTMII Pro 系列产品中具有高性价比的产品，处理器内部集成了e300 内核、PCI、JTAG、PCI-E、DDR 控制器，尤其提供了双千兆以太网控制器，在通信领域中得到非常广泛的应用，MPC8377E 采用90nm 工艺技术，工作主频从400MHz到800MHz［1］。本系统硬件资源具体如下：（1）处理器CPU：Freescale MPC8377E；（2）存储器：512MB DDR2 SDRAM；32MB NOR flash；32MB NAND flash；（3）调试接口：JTAG/ COP；（4）I/O 接口：10/100/1000Mbps 以太网接口：两个千兆位RGMII，两个串口分别用作调试和正常通信。

图1 MPC8377E 目标板原理框

2 U-Boot 简介

U-Boot（Universal Boot Loader）是遵循GPL 条款的开放源码项目，从FADSROM、PPCBOOT、8xxROM 逐步发展演化而来。其源码目录、编译形式与Linux 内核系统类似，U-Boot 部分源码是通过相应的Linux 内核源程序简化而来，尤其是一些设备的驱动程序，从U-Boot 源码注释中能体现出这一点。但U-Boot 不仅支持嵌入式Linux 系统，它还支持VxWorks、QNX、NetBSD、RTEMS、ARTOS 和LynxOS 等嵌入式操作系统的引导。U-Boot 支持的处理器类型除PowerPC 系列的处理器外，还支持MIPS、x86、ARM、NIOS 和XScale 等诸多常用系列的处理器。本系统采用的是u-boot-2011.3 版本，其主要目录如下：（1）arch：存放各种类型特定架构的实现文件，U-Boot 启动代码一般在这里的start.s 中；（2）api：为拓展应用准备的，与硬件和架构无关的接口定义文件；（3）board：目标板相关文件；（4）common：独立于处理器体系结构的通用代码，如内存大小探测与故障检测；（5）disk：与磁盘操作相关的文件；（6）doc：项目开发的说明文档；（7）driver：常用的设备驱动文件；（8）examples：在U-Boot 下运行的示例程序；如hello_world.c；（9）fs：支持的文件系统（jffs2 等）；（10）include：U-Boot 头文件，configs 子目录下存放的是与目标板相关的配置头文件，是移植过程中经常需要修改的文件；（11）lib：所有架构通用的库文件；（12）net：与网络功能相关的文件目录，如bootp、nfs、tftp；（13）post：上电自检相关的文件目录；（14）rtc：RTC 驱动文件；（15）tools：用于创建U-Boot、S-RECORD 和BIN 镜像文件的工具。

3 U-Boot 移植

在开展移植工作之前，先构建交叉开发环境。嵌入式系统及应用软件开发一般采用宿主机-目标机模式，本系统宿主机开发环境是在X86 架构的windows 操作系统下，用VMware 虚拟机软件安装的Linux Fedora 15 32 位操作系统，搭建德国DENX 软件中心提供的ELDK 开发工具。目标机上部署的是Linux 2.6.28 操作系统。

移植工作一般在U-Boot 项目中寻找与自制目标板相似的硬件平台，按照目标板硬件环境修改配置参数；本系统开发的基于PowerPC 处理器的MPC8377E 的硬件平台与U-Boot-2011.3 版本中mpc837xerdb 硬件平台相类似，接下来的工作是参考硬件设计原理图和芯片手册修改相关代码，这在很多程度上降低了移植难度。U-Boot 的移植步骤说明如下：（1）修改Include/configs/MPC837XERDB.h 文件：（a）修改起始基地址CONFIG_SYS_TEXT_BASE 为0xF0 000000；（b）关闭PCI 总线（#undef CONFIG_PCI）；（c）修改DDR2 SDRAM 相关配置，主要配置如图2所示。（2）修改boards.cfg 文件，添加一行：MPC837XERDB powerpc mpc83x mpc837xerdb freescale。（3）执 行make MPC837XERDB_config 命令，成功执行后U-Boot 会自动生成编译规则文件和配置文件，其中编译规则文件（includeconfig.mk）主要定义目标板的架构类型、使用的处理器、目标板的类型和厂商，本系统分别定义的是PowerPC、mpc83xx、mpc837xerdb 和freescale。接下来make 工具会根据以上配置，通过makefile 文件相关链接，逐层递推的对整个U-Boot 项目进行编译。配置文件（includeconfig.h）主要包含当前目标板配置所引用的相关命令、目标板参数所在的头文件。（4）make 完成对u-boot 编译后，生成U-boot.bin 文件。

图2 DDR2 SDRAM 主要配置

4 U-Boot 的调试和部署

嵌入式系统的Bootloader 移植是嵌入式系统设计开发中的非常重要的一个步骤，如果利用像BDI3000 这样的开发调试工具进行U-Boot 调试，对移植工作顺利开展非常有帮助。要想BDI3000 能够启动控制目标板，需要对BDI3000 中的启动参数进行正确配置，具体配置要参考目标板硬件设计信息。在U-Boot 的启动过程串口初始化之前，无法获得U-Boot 启动的字符串提示信息，这个过程中对U-Boot 的调试就必须要用到BDI3000。在串口的初始化之后，便可通过串口打印的信息来实时跟踪所启动的执行流程，以了解U-Boot 目前执行的具体部分或运行到哪一阶段出现了问题［3］。

用BDI3000 调试时，需要关注调试代码地址，可利用objdump 命令获得相关代码地址，方便调试查找定位。重定位前的代码直接运行在NOR FLASH 中，地址可以在objdump 生成文件中直接获得，而重定位后的代码，地址发生偏移，可通过BDI 工具单步执行或者设置断点跟踪调试。

U-Boot 在移植完成并测试成功后，通过BDI3000 把UBoot 映像文件烧写到NOR FLASH 相应地址，NOR FLASH 烧写地址必须与硬件所规定的硬件复位向量一致，对于MPC8377E 处理器而言，烧写地址是0xF0000000。U-Boot 经过部署后，目标机能够正确引导内核和加载文件系统。

5 总结

U-Boot 是一个功能非常强大的开源的系统引导软件，支持ARM、PowerPC 等多种架构处理器平台上的Linux、VxWorks等多种嵌入式操作系统引导。U-Boot 设置环境参数，配置硬件平台初始化，为加载操作系统创造良好的运行环境。本系统基于PowerPC 处理器的MPC8377E 的硬件平台，实现了UBoot 移植，并成功引导linux 操作系统，使得linux 操作系统稳定运行。

［1］MPC8377E PowerQUICC II Pro Processor Hardware Specifications［Z］.America:Freescale Semiconductor Corp，2008.

［2］孙纪坤，张小全.嵌入式Linux 系统开发技术详解—基于ARM［M］.北京：人民邮电出版社，2006.

［3］宋国军，张侃谕，林学龙.嵌入式系统中U-Boot 基本特点及其移植方法［J］.单片机与嵌入式系统应用，2004（10）.