Cortex-A7双核MX7D-SDB上引导加载系统的设计与实现

摘要

随着物联网时代的到来，市场对各类智能设备的需求也日渐高涨。智能设备的核心技术是集成电路芯片和嵌入式操作系统。一个嵌入式系统从软件的角度看通常可以分为引导加载系统（Bootloader）、内核、文件系统和用户应用程序四个层次。Bootloader是嵌入式系统在加电后执行的第一段代码，在它完成CPU和相关硬件的初始化之后，再将操作系统映像装载到内存启动操作系统运行。对于嵌入式系统，Bootloader的实现不但依赖于CPU的体系结构，而且依赖于嵌入式系统板级设备的配置，因此需要针对硬件平台进行相应引导加载程序的设计。
　　本项目选用的Bootloader是U-Boot，目前U-Boot的研究大都基于三四年前的架构和编译方法，应用的处理器多为ARM9、ARM11。近两年U-Boot整体架构和编译方法都有较大改进，而且目前市场使用的主流ARM处理器为Cortex-A/M/R系列，采用新一代的ARMv7架构。本文研究内容是基于U-Boot最新的架构和编译方法，为MX7D-SDB平台（基于Cortex-A7）设计一款性能稳定、功能强大的引导加载系统。
　　本文首先对U-Boot新的架构和编译方法进行研究，在熟悉MX7D-SDB平台架构和系统配置基础之上，对引导加载系统进行了功能和性能上的需求分析。设计上整体分为芯片级设计和板级设计两大部分：芯片级设计包括设置中断异常向量、CPU内部寄存器设置、各单元时钟的设置、栈指针初始化、存储器电路和外围电路的初始化，检测系统内核映射，为加载操作系统（Linux）设计合适的硬件环境。为了方便平台的后期开发测试，还对Bootloader进行了一些板级功能设计与支持，比如：支持串口打印调试信息；对网卡驱动进行设计，使其支持tftp网络下载；对SD卡主机控制器进行设计，可以利用SD卡更新系统；还对USB设备控制器进行设计，支持USB烧录；支持UBIFS文件系统烧写等。
　　最后通过一些列的功能测试和性能测试，确定引导加载系统可以成功初始化硬件平台，实现加载操作系统的功能，满足了平台需要，并且在屏蔽非法指令和不间断冷启动情况下保持良好的稳定性。为MX7D-SDB开发板设计出的这款性能稳定、功能强大的引导加载系统，对其他平台引导系统版本升级和设计提供了较高的参考价值。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状分析

1.3 本文的主要研究内容和结构

第2章 引导加载系统的需求分析

2.1 系统功能需求分析

2.2 系统性能需求分析

2.3 本章小结

第3章 引导加载系统设计

3.1 系统总体设计

3.2 MX7D-SDB芯片级详细设计

3.3MX 7D-SDB板级扩展功能模块详细设计

3.4 本章小结

第4章 引导加载系统的实现

4.1 MX7D-SDB芯片级功能的实现

4.2 MX7D-SDB板级各功能模块实现

4.3 本章小结

第5章 引导加载系统的测试

5.1测试环境

5.2 系统芯片级功能测试

5.3 系统板级功能测试

5.4 系统性能测试

5.5 测试结论

5.6 本章小结

结论

参考文献

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致谢

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