基于MPC8313E嵌入式系统U-Boot的移植
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引言
进入21世纪以来，以计算机技术、通信技术和软件技术为核心的信息技术取得了迅猛的发展,各种装备与设备上的嵌入式计算与系统的广泛应用,大大地推动了行业的渗透性应用。嵌入式系统由嵌入式硬件和嵌入式软件两部分组成。硬件是支撑，软件是灵魂,几乎所有的嵌入式产品都需要嵌入式软件来提供灵活多样、而且应用特制的功能。由于嵌入式系统应用广泛，嵌入式软件在整个软件产业中占据了重要地位，并受到世界各国的广泛关注；如今已成为信息产业中最为耀眼的“明星"之一。
Bootloader是在操作系统内核运行之前运行的一段小程序。通过这段小程序可以初始化硬件设备、建立内存空间映射图，从而将系统的软硬件环境带到一个合适状态，以便为最终调用操作系统内核准备好正确的环境。U—Boot身为Bootloader的一种，其功能最多，灵活性最强，能够支持PowerPC,ARM,MPIS,X86体系架构的上百种开发板,并可引导加载Linux,VXWorks,QNX等多种操作系统，有丰富的开发调试文档资料与强大的网络技术支持。本文针对自行开发的基于MPC8313E的大容量固态存储管理系统，利用ELDK开发套件与FreescaleCodeWar-rior集成开发环境，给出了对U-Boot-1.3.0进行开发移植具体方法。
1 硬件平台简介
基于MPC8313E的大容量固态存储管理系统的组成框图如图1所示。
该系统采用飞思卡尔MPC8313E芯片能以极低的价位，来简化大量高速外围设备的部署。除了GigE与USB2.0w/phy集成之外,MPC8313E还提供有32位的双倍数据速率(DDR1/DDR2)存储器控制器、16位局部总线和4个直接存储器访问(DMA)通道工。
本系统可以使MPC8313E从FPGA中的双口RAM中高速读取数据,然后通过千兆网将其上传至上位机并接受上位机的相关命令，最后将解析命令并下发给FPGA。
2 U-Boot简介
U-Boot全称为UniversalBootLoader,是遵循GPLCGeneralPublicLicense)条款的开放源码项目。起初,DENX软件工程中心的WolfgangDenk基于8xxrom的源码创建了PPCBOOT工程，并且不断的添加处理器支持。后来,SysgoGmbh把ppcboot移植到ARM平台上，并创建了ARMBOOTI程。然后以PPCBOOT工程和ARMBOOT工程为基础，创建了U—Boot工程。目前,U-Boot仍然由DENX的WolfgangDenk等人维护，从DENX的官方ftp中可知,U-Boot的最新稳定版本为U-Boot-2010.12。2.1U-Boot相关源码结构
系统釆用U—Boot的版本为1.3.0,它支持Freescale的MPC8313ERDB开发板，其中与移植相关的主要目录如表1所列。
2.2 U-Boot启动流程
硬件复位中断向量位于NOR-Flash的0x0100地址(即OxFEOO0100)o
当MPC8313E±电复位后，CPU将根据RST_CFG_SRC：0:3］的值从数据总线上读取硬件配置字或者采用默认硬件配置字，根据配置字来设置相应的时钟频率、器件等。之后转向硬件复位向量,其具体步骤如下：
(1) 从U-boot中的cpu/mpc83xx/start,s的—start开始执行,主要是初始化CPU的一些内部寄存器的状态；
(2) 之后随着blcpu_init_f跳转到cpu/mpc83xx/cpu_init.c中的cpu_init_f()函数开始对CPU底层进行初始化，并在退出时将地址返回到r3寄存器中(mrr3,r21)；
(3) 在CPU底层初始化完成程序返回start,s后，紧跟着是blboard_init_f跳转到lib_ppc/board.c中的board_init_£()函数，对目标板的第一次初始化，以完成对RAM的初始化，并分配内存空间；
(4) 程序再次返回start,s中进行必要的设置，直到执行到relocate_code,再代码搬运到DDR2SDRAM中,并调整全局偏移量表(GOT),对存储空间进行重定位；
(5) 当代码搬运完毕后，程序将在DDR2SDRAM中运行，此时调用lib_ppc/board.c中的board_init_r()可对目标板进行第二次初始化，以完成一些数据结构、高端模块和系统设备的初始化；
(6) board_init_r初始化完毕，调用commom/main,c中的mainloop()函数并等待用户输入命令，同时通过调用run_command()函数对命令进行解析已完成相应的操作；
(7) 至此,U-boot启动完成。
3 U-boot的移植
对于U-Boot的移植可采用主机一目标板模式，开发主机是X86构架下的WindowsXPSP3操作系统,并通过虚拟机VMware安装Linux操作系统(RedHat9.0),目标板是PowerPC构架下的Linux操作系统。主机和目标板之间可通过串口与网络进行通信，其连接方式如图2所示。
3.1 交叉开发环境的构建
交叉编译是指在一种计算机环境中运行的编译程序能编译出在另外一种环境下运行的代码。简单地说，就是在一个平台上生成另一个平台上的可执行代码。这里需要注意的是，所谓平台，实际上包含两个概念:体系结构和操作系统。同一个体系结构可以运行不同的操作系统；同样，同一个操作系统也可以在不同的体系结构上运行。
由于开发主机使用的是X86构架的Linux,目标板是PowePC构架，我们需要首先搭建交叉的编译环境。ELDK(EmbeddedLinuxDevelopmentKit)是德国denx提供的可供PowerPC嵌入式Linux移植的完整开发环境编译套件，在开发主机上构建交叉编译环境的主要过程如下：
(1) ./install—d/usr/ppc/eldkppc_6xx;
(2) 编辑自己的帐户目录，并在.bashrc(例如:/root/)中加入下面内容：
CROSS_COMPILE=ppc_6xx—
PATH=$PATH：/usr/ppc/eldk/usr/bin：/usr/ppc/el-dk/bin
exportCROSS.COMPILEPATH
(3) 保存。然后执行source.bashrc
(4) 验证安装，执行下列命令：
powerpc一linux—gcc—v
同时输出gcc和glibc的版本号，例如：gccver-sion4.0.0(DENXELDK4.14.0.0),至此表明ELDK已安装成功，交叉开发环境构建完成。
3.2 U-Boot的移植
在修改U-Boot代码之前,首先要做好系统地址空间的分配，而我们的目标板是由MPC8313ERDB开发板裁剪后并添加与FPGA中双口RAM接口产生的，所以只需要去掉MPC8313ERDB开发板中不用的部分并添加DPRAM的驱动即可，因此，设计时主要修改U—Boot—l.3.0中与MPC8313ERDB开发板有关的代码就可以了，这样既可提高移植后U-Boot的稳定性，又可缩短开发时间。目标板的系统地址空间的分配如表2所列。
(1) 修改顶层Makefile"1〕文件为目标板添加新的规则：
MPC8313EMYB_33_con£ig:unconfig
@mkdir—p$(obj)include
@echo"〉$(obj)include/config,h;\
echo—n”...33M...”;\
echo"#defineCFG_33MHZ”〉〉$(obj)include/con-fig.h;
@$(MKCONFIG)—aMPC8313EMYBppcmpc83xxmpc8313emyb
(2) 在board目录中创建mpc8313emyb目录，将board/freescale/mpc8313erdb目录中的全部文件复制到该目录中并将mpc8313erdb.c文件重命名为mpc8313emyb.co修改mpc8313emyb.c文件，去掉PCI相关代码(〃mpc83xx_pci_init(1,reg,warm-boot)；);
(3) 将include/configs目录中MPC8313ERDB.h的内容复制到MPC8313EMYB.h中，并作如下修改：
//#defineCONFIG_PCI
//#defineCONFIG_83XX_GENERIC_PCI
//并defineCONFIG_CMD_PCI
//井defineCONFIG_CMD_I2C
# defineCFG_SICRL(SICRL_USBDR|0x003C0000)
〃使能GPIO30和GPIO31
甘defineCFG_DPRAM_BASEOxFO000000
井defineCONFIG_DPRAM_ENET
/*DPRAMethernetsupport*/
# defineCFG_BR2_PRELIM0xf0001001
/*DPRAMBaseaddress*/
甘defineCFG_OR2_PRELIM0xf£fe0033
/*DPRAM,128Kbytes*/
# defineCFG LBLAWBAR2 PRELIMCFG DPRAM_BASE
并defineCFG_LBLAWAR2_PRELIM0x80000010
# defineCONFIG_IPADDR192.168.0.10
# defineCONFIG_SERVERIP192.168.0.155
# defineCONFIG_GATEWAYIP192.168.0.1
# defineCONFIG_NETMASK255.255.255.0
(4) 编译生成U-Boot镜像：
makeMPC8313EMYB_config
make
编译完成后生成U-boot.bin文件；
(5) 烧写镜像到目标板上
利用ftp将VMware中Linux中的u—boot,bin文件下载到Windows下，用FreescaleCodeWarrior中内嵌的FlashProgramer将U—Boot镜像烧写到目标板的NOR-Flash中。
4 U-Boot的调试
利用Freescale的CodeWarrior软件和USBTAP可以很方便地在目标板上对U-Boot经行调试。调试U-Boot首先要在其镜像文件中添加一些调试信息,在编译U-Boot镜像之前需要对代码树作如下修改":
(1) 修改U-Boot源码根目录下的config,mk文件；
DBGFLAGS=—g2-gdwarf-2
AFLAGS_DEBUG=_Wa,_gdwarf2OPTFLAGS=-O1
(2) 在libppc/board.c中找到debug("nowrunninginram…")；语句并将debug改为printf；
(3) 编译U-Boot,得到包含调试信息的ELF格式U-Boot文件。
利用第3步得到的ELF格式的U-Boot文件建立CodeWarrior工程。
U-Boot的调试分为三个阶段：MMU开启前的NOR-Flash运行阶段、MMU开启后的NOR-Flash运行阶段和在RAM中的运行阶段。MPC8313E±电复位配置后(读取完硬件复位配置字)，程序指针(PC)将跳转到BR0+0x100映射的地址去取第一条指令，这里就是NOR-Flash中的0x100地址(_Start：)，之后会在NOR—Flash中运行(NOR—Flash具有片内执行(eXecuteInPlace：芯片内执行)的特性)最初的初始化程序(主要是初始化RAM),直到程序被搬运到RAM中。程序在NOR-Flash中运行阶段还可细分为两个阶段:MMUEna-ble前和MUUEnable后。
调试完U-Boot后，就可以将内核镜像、扁平设备树文件和文件系统镜像分别加载到目标板上，至此，一套基于MPC8313E微处理器的Linux嵌入式系统就移植完成了。
5 结语
U-Boot作为一个通用的Bootloader软件，可以稳定的应用到多种构架的微处理器嵌入式平台上，在作者开发的基于MPC8313E微处理器的大规模固态存储管理系统中得到了很好的应用，已经成功的将linux—2,6.23内核和Ramdisk格式的文件系统移植到目标板上，并测试了DPRAM驱动，本套系统现已成功的在实际应用中使用。
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