一、引言

　　在专用的嵌入式板子运行 GNU/Linux 系统已经变得越来越流行。一个嵌入式 Linux 系统
从软件的角度看通常可以分为四个层次：

　　1. 引导加载程序。包括固化在固件(firmware)中的 boot 代码(可选)，和 Boot Loader
两大部分。

　　2. Linux 内核。特定于嵌入式板子的定制内核以及内核的启动参数。

　　3. 文件系统。包括根文件系统和建立于 Flash 内存设备之上文件系统。通常用 ram dis
k 来作为 root fs。

　　4. 用户应用程序。特定于用户的应用程序。有时在用户应用程序和内核层之间可能还会包
括一个嵌入式图形用户界面。常用的嵌入式 GUI 有：MicroWindows 和 MiniGUI 懂。
引导加载程序是系统加电后运行的第一段软件代码。回忆一下 PC 的体系结构我们可以知
道，PC 机中的引导加载程序由 BIOS(其本质就是一段固件程序)和位于硬盘 MBR 中的 OS
Boot Loader（比如，LILO 和 GRUB 等）一起组成。BIOS 在完成硬件检测和资源分配后
，将硬盘 MBR 中

的 Boot Loader 读到系统的 RAM 中，然后将控制权交给 OS Boot Load
er。Boot Loader 的主要运行任务就是将内核映象从硬盘上读到 RAM 中，然后跳转到内核
的入口点去运行，也即开始启动操作系统。
　　而在嵌入式系统中，通常并没有像 BIOS 那样的固件程序（注，有的嵌入式 CPU 也会内嵌
一段短小的启动程序），因此整个系统的加载启动任务就完全由 Boot Loader 来完成。比
如在一个基于 ARM7TDMI core 的嵌入式系统中，系统在上电或复位时通常都从地址 0x00
000000 处开始执行，而在这个地址处安排的通常就是系统的 Boot Loader 程序。

　　本文将从 Boot Loader 的概念、Boot Loader 的主要任务、Boot Loader 的框架结构以及
Boot Loader 的安装等四个方面来讨论嵌入式系统的 Boot Loader。

　　二、 Boot Loader 的概念

　　简单地说，Boot Loader 就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，我们可以初始化硬件设备、建立内存空间的映射图，从而将系统的软硬件环境带到一
个合适的状态，以便为最终调用操作系统内核准备好正确的环境。

　　通常，Boot Loader 是严重地依赖于硬件而实现的，特别是在嵌入式世界。因此，在嵌入
式世界里建立一个通用的 Boot Loader 几乎是不可能的。尽管如此CONTROL ENGINEERING China版权所有，我们仍然可以对 Bo
ot Loader 归纳出一些通用的概念来，以指导用户特定的 Boot Loader 设计与实现。

　　1. Boot Loader 所支持的 CPU 和嵌入式板

　　每种不同的 CPU 体系结构都有不同的 Boot Loader。有些 Boot Loader 也支持多种体系
结构的 CPU，比如 U-Boot 就同时支持 ARM 体系结构和MIPS 体系结构。除了依赖于 CPU
的体系结构外控制工程网版权所有，Boot Loader 实际上也依赖于具体的嵌入式板级设备的配置。这也就是说
，对于两块不同的嵌入式板而言，即使它们是基于同一种 CPU 而构建的CONTROL ENGINEERING China版权所有，要想让运行在一
块板子上的 Boot Loader 程序也能运行在另一块板子上，通常也都需要修改 Boot Loade
r 的源程序。

　　2. Boot Loader 的安装媒介（Installation Medium）

　　系统加电或复位后，所有的 CPU 通常都从某个由 CPU 制造商预先安排的地址上取指令。
比如，基于 ARM7TDMI core 的 CPU 在复位时通常都从地址 0x00000000 取它的第一条指
令。而基于 CPU 构建的嵌入式系统通常都有某种类型的固态存储设备(比如：ROM、EEPRO
M 或 FLASH 等)被映射到这个预先安排的地址上。因此在系统加电后，CPU 将首先执行 B
oot Loader 程序。

　　3. 用来控制 Boot Loader 的设备或机制

　　主机和目标机之间一般通过串口建立连接，Boot Loader 软件在执行时通常会通过串口来
进行 I/O，比如：输出打印信息到串口CONTROL ENGINEERING China版权所有，从串口读取用户控制字符等。

　　4. Boot Loader 的启动过程是单阶段（Single Stage）还是多阶段（Multi-Stage）

　　通常多阶段的 Boot Loader 能提供更为复杂的功能CONTROL ENGINEERING China版权所有，以及更好的可移植性。从固态存储设
备上启动的 Boot Loader 大多都是 2 阶段的启动过程