Bootloader基本認識

每一種不同的CPU系統結構都有不同的BootLoader，除了依賴于CPU的體系結構外，Bootloader還依賴于具體的嵌入式板級設備的配置，比如板卡的硬件地址分配，外設芯片的類型等。也就是說，對于兩塊不同的開發板而言，即使他們是基于同一種CPU而構建的，但如果他們的硬件資源或配置不一樣的話，想要在一塊開發板上運行的Bootloader程序也能在另一塊開發板上運行的話，Bootloader仍然需要修改。

BootLoader的啟動過程分為單階段（Single-stage）和多階段（Multi-Stage）兩種，通常多階段的BootLoader具有更復雜的功能，更好的可移植性。從固態存儲設備上的Bootloader大多采用兩階段，即啟動過程分為Stage1和Stage2：

stage1：完成初始化硬件，為stage2準備內存空間，并將stage2復制到內存中，設置stage2運行需要的堆棧，然后跳轉到stage2運行。注意：在該階段執行bootloader代碼時，C語言的運行環境還沒建立起來（主要是堆棧還沒設置好，所以該階段的代碼都是采用匯編語言編寫）

stage2：初始化本階段要使用到的硬件設備，將內核映像（鏡像）和根文件系統映像（鏡像）從flash上讀到RAM中，然后調用內核。注意：stage1階段已經為該階段建立好了C語言的運行環境，所以該階段大多采用C語言編寫，當然也可以用匯編！

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知識擴展

一、堆棧空間分配區別：

? ? ? ?1、棧（習慣上也稱為堆棧）：由操作系統自動分配釋放，存放函數的參數值，局部變量的值等；

　　2、堆： 由程序員動態分配和釋放，若程序員不釋放，程序結束時可能由OS回收，分配方式倒是類似于鏈表。

　　二、堆棧緩存方式區別：

　　1、棧使用的是一級緩存，他們通常都是被調用時處于存儲空間中，調用完畢立即釋放；

　　2、堆是存放在二級緩存中，生命周期由虛擬機的垃圾回收算法來決定（并不是一旦成為孤兒對象就能被回收）。所以調用這些對象的速度要相對來得低一些。

　　三、堆棧數據結構區別：

　　堆（數據結構）：堆可以被看成是一棵樹，如：堆排序；

　　棧（數據結構）：一種先進后出的數據結構。

“棧“的深入理解

1.什么是棧？
棧（也稱為堆棧，注意和堆的區別）是一種特殊的線性表，是一種只允許在表的一端進行插入或刪除操作的線性表。表中允許進行插入、刪除操作的一端稱為棧頂。表的另一端稱為棧底。棧頂的當前位置是動態的，對棧頂當前位置的標記稱為棧頂指針。當棧中沒有數據元素時，稱之為空棧。棧的插入操作通常稱為進棧或入棧，棧的刪除操作通常稱為退棧或出棧。

簡易理解：
客棧，即臨時寄存的地方，計算機中的堆棧主要用來保存臨時數據，局部變量和中斷/調用子程序程序的返回地址。程序中棧主要是用來存儲函數中的局部變量以及保存寄存器參數的，如果你用了操作系統，棧中還可能存儲當前進線程的上下文。設置棧大小的一個原則是，保證棧不會下溢出到數據空間或程序空間.CPU在運行程序時，會自動的使用堆棧，所以堆棧指針SP就必須要在調用C程序前設定。

CPU的內存RAM空間存放規律一般是分段的，從地址向高地址，依次為：程序段（.text），BSS段，然后上面還可能會有堆空間，然后最上面才是堆棧段，這樣安排堆棧，是因為堆棧的特點決定的，所以堆棧的指針SP初始化一般在堆棧段的高地址，也就是內存的高地址，然后讓堆棧指針向下增長（其實就是遞減）。這樣做的好處就是堆棧空間遠離了其他段，不會跟其他段重疊，造成修改其他段數據，而引起不可預料的后果，還有設置堆棧大小的原則，要保證棧不會下溢出到數據空間或者程序空間。所謂堆棧溢出，是指堆棧指針SP向下增長到其他段空間，如果棧指針向下增長到其他段空間，稱為堆棧溢出。堆棧溢出會修改其他空間的值，嚴重情況下可造成死機.

2.堆棧指針的設置
開始將堆棧指針設置在內部RAM，是因為不是每個板上都有外部RAM，而且外部RAM的大小也不相同，而且如果是SDRAM，還需要初始化，在內部RAM開始運行的一般是一個小的引導程序，基本上不怎么使用堆棧，因此將堆棧設置在內部RAM,但這也就要去改引導程序不能隨意使用大量局部變量。

片內4K的SRAM，SDRAM大小64M，從0x30000000到0x33FFFFFF，當程序在片內SRAM運行的時候，sp的值設置為4096，當程序在SDRAM內運行的時候sp設置為0x34000000，當然當程序在內部SRAM運行，若已經初始化SDRAM，此時也可以將堆棧指針設置為0x34000000，更加防止了堆棧溢出。

3. ?棧的整體作用
1) 保存現場；
2) 傳遞參數:匯編代碼調用 C 函數時，需傳遞參數；
3) 保存臨時變量:包括函數的非靜態局部變量以及編譯器自動生成的其他臨時變量；

1) ?保存現場
現場，意思就相當于案發現場，總有一些現場的情況，要記錄下來的，否則被別人破壞掉之后，你就無法恢復現場了。而此處說的現場，就是指 CPU 運行的時候，用到了一些寄存器，比如 r0,r1 等等，對于這些寄存器的值，如果你不保存而直接跳轉到子函數中去執行，那么很可能就被其破壞了，因為其函數執行也要用到這些寄存器。因此，在函數調用之前，應該將這些寄存器等現場，暫時保持起來(入棧 push)，等調用函數執行完畢返回后(出棧 pop)，再恢復現場。這樣CPU就可以正確的繼續執行了。保存寄存器的值，一般用的是 push 指令，將對應的某些寄存器的值，一個個放到棧中，把對應的值壓入到棧里面，即所謂的壓棧。然后待被調用的子函數執行完畢的時候，再調用 pop，把棧中的一個個的值，賦值給對應的那些你剛開始壓棧時用到的寄存器，把對應的值從棧中彈出去，即所謂的出棧。其中保存的寄存器中，也包括 lr 的值（因為用 bl 指令進行跳轉的話，那么之前的 PC 的值是存在 lr 中的），然后在子程序執行完畢的時候，再把棧中的 lr 的值 pop 出來，賦值給 PC，這樣就實現了子函數的正確的返回

2) ?傳遞參數

C 語言進行函數調用的時候，常常會傳遞給被調用的函數一些參數，對于這些 C 語言級別的參數，被編譯器翻譯成匯編語言的時候，就要找個地方存放一下，并且讓被調用的函數能夠訪問，否則就沒發實現傳遞參數了。對于找個地方放一下，分兩種情況。一種情況是，本身傳遞的參數不多于 4 個，就可以通過寄存器 r0~r3 傳送參數。因為在前面的保存現場的動作中，已經保存好了對應的寄存器的值，那么此時，這些寄存器就是空閑的，可以供我們使用的了，那就可以放參數。另一種情況是，參數多于 4 個時，寄存器不夠用，就得用棧了。

3) ?臨時變量保存在棧中
包括函數的非靜態局部變量以及編譯器自動生成的其他臨時變量。
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總結

以上是生活随笔為你收集整理的Bootloader详解的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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