嵌入式Linux學(xué)習(xí)-BIOS和Boot loader詳解筆記

1.BIOS****和引導(dǎo)裝入程序

為桌面計算機擁電后，一種叫作BIOS的軟件系統(tǒng)會立即接管對系統(tǒng)處理器的控制.

[BIOS是Basic Input/Output Software (基本輸入輸出軟件)的縮寫，但直際上. BIOS在計算機系統(tǒng)中發(fā)揮的作用已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了最初設(shè)計該軟件時的目標(biāo)，而且越來越復(fù)雜。

通常. BIOS系統(tǒng)都是保存在閃存（Flash）里面的。

BIOS是一組復(fù)雜的系統(tǒng)配置軟件例程，它記錄了計算機硬件體系結(jié)構(gòu)的底層細(xì)節(jié)信息。

在系統(tǒng)加電時候，BIOS會立即接管對系統(tǒng)處理器的控制，它最主要任務(wù)就是初始化系統(tǒng)硬件，特別是內(nèi)存子系統(tǒng)，然后將操作系統(tǒng)從硬盤emmcFlash中讀出并加載。

初始化系統(tǒng)的幾個重要任務(wù)如下：

(1)初始化關(guān)鍵硬件組件，例如SDRAM控制器，I/O控制器等

(2)初始化系統(tǒng)內(nèi)存，并準(zhǔn)備將系統(tǒng)系統(tǒng)控制權(quán)移交給相應(yīng)的操作系統(tǒng)。

(3)分配系統(tǒng)資源，例如內(nèi)存以及外設(shè)控制器的中斷電路。

(4)提供相應(yīng)的機制，用于定位和加載操作系統(tǒng)映像。

(5)加載操作系統(tǒng)，并將系統(tǒng)控制權(quán)移交給操作系統(tǒng)，將必要的啟動信息，例如系統(tǒng)全部內(nèi)存塊的數(shù)量、尺寸，串行通信端口的速度以及其它底層硬件配置數(shù)據(jù)傳遞給操作系統(tǒng)。

BIOS的首要任務(wù)就是啟動內(nèi)存子系統(tǒng)。內(nèi)存初始化之后，就可以作為一種資源進(jìn)行使用，很多BIOS完成內(nèi)存初始化后第一個動作就是將自身復(fù)制到DRAM中，以便獲得更快的執(zhí)行速度。

一、BIOS

1.功能：進(jìn)行自我檢測與讀取bootloader

2.大致工作流程

①系統(tǒng)啟動之后，加載BIOS，并通過BIOS去加載CMOS的信息，并且借由CMOS內(nèi)的設(shè)置值取得主機的各項硬件配置，例如CPU與接口設(shè)備的溝通頻率、啟動設(shè)備的查找順序、硬盤的大小與類型、系統(tǒng)時間、各周邊總線是否啟動PnP、各接口設(shè)備的I/O地址。以及與CPU溝通的IRQ中斷等的信息

②取得上面這些信息后，BIOS開始自我檢測。然后開始執(zhí)行硬件檢測的初始化，并設(shè)置PnP設(shè)備，之后再定義出可啟動的設(shè)備順序，接下來就會開始進(jìn)行啟動設(shè)備的數(shù)據(jù)讀取了

③BIOS會指定啟動的設(shè)備好讓我們可以讀取此盤中的操作系統(tǒng)內(nèi)核文件，由于不用的操作系統(tǒng)它的文件系統(tǒng)格式不同，

此時就需要一個啟動引導(dǎo)程序（boot loader）來處理內(nèi)核文件加載問題，boot loader就在啟動設(shè)備的第一個扇區(qū)，也就是MBR。

二、bootloader

1.概念與特點

Boot loader是一段硬件引導(dǎo)程序，主要是為了內(nèi)核的運行做準(zhǔn)備的，其運行在操作系統(tǒng)內(nèi)核之前。主要作用是：初始化硬件設(shè)備，建立一個內(nèi)存空間。

將系統(tǒng)的硬件環(huán)境和軟件環(huán)境調(diào)整到一個合適的狀態(tài)，也即是為調(diào)用內(nèi)核準(zhǔn)備好環(huán)境。而且不同的目標(biāo)版也需要不同的Boot loader支持。

嵌入式系統(tǒng)中：

固態(tài)存儲設(shè)備的典型空間分配結(jié)構(gòu)：

[Boot loader]—[Bootparameters]—[Kernel]—[Root filesystem]

Boot loader具有兩種操作模式，即啟動模式和下載模式。

下載模式：是指通過串口或者網(wǎng)絡(luò)，從主機上下載文件（比如：內(nèi)核鏡像和根文件系統(tǒng)鏡像等），這些下載的文件保存在目標(biāo)機的RAM中，通過Boot loader，這些文件會由RAM中寫道FLASH中。

啟動模式：即Boot loader從目標(biāo)機上的某個固態(tài)存儲設(shè)備將操作系統(tǒng)加載到RAM中運行。

Boot loader有兩個運行過程，成為stage1和stage2。

stage1的主要步驟是：硬件初始化、為stage2準(zhǔn)備RAM空間、將stage2復(fù)制到RAM空間、設(shè)置堆棧、跳到stage2的C入口點。

stage2的主要步驟是：初始化stage2要使用的硬件設(shè)備、檢查系統(tǒng)存儲、從FLASH中讀取內(nèi)核鏡像和根文件系統(tǒng)鏡像到RAM中、設(shè)置內(nèi)核參數(shù)、調(diào)用內(nèi)核。

對于電腦等大型嵌入式系統(tǒng)：

boot loader可以存在MBR中，也可以存在文件系統(tǒng)的boot srctor中?？傊?，boot loader最后的功能都是用來加載內(nèi)核文件

2.MBR與boot loader的關(guān)系

在安裝Windows的時候，Windows系統(tǒng)會默認(rèn)在MBR內(nèi)會安裝一份boot loader，并且在自己文件系統(tǒng)的boot sector內(nèi)也會安裝有boot loader。

在安裝Linux的時候，你可以選擇將boot loader安裝在MBR，也可以選擇不安裝在MBR中

3.啟動扇區(qū)：boot sector

每一個文件系統(tǒng)中都含有一個bootsector，并且這個啟動扇區(qū)內(nèi)也包含有boot loader。因此MBR中提供有選項功能，你可以選擇啟動哪一個文件系統(tǒng)的boot sector內(nèi)的boot loader來加載不同的操作系統(tǒng)

4.內(nèi)核文件加載結(jié)構(gòu)圖

過程詳解

MBR內(nèi)提供了選項功能，你可以選擇不同的選項來加載文件系統(tǒng)例如：

你可以選擇加載Windows系統(tǒng)的boot sector內(nèi)的啟動引導(dǎo)程序，來最終進(jìn)入Windows系統(tǒng)。

也可以選擇Linux系統(tǒng)的bootsrctor內(nèi)的啟動引導(dǎo)程序，來最終進(jìn)入Linux系統(tǒng)

三、內(nèi)核加載

boot loader讀取內(nèi)核文件后，接下來Linux就會將內(nèi)核加壓縮到內(nèi)存中，并且利用內(nèi)核的功能，開始測試與驅(qū)動個各周邊的設(shè)備，抱愧存儲設(shè)備、CPU、網(wǎng)卡、聲卡等

此時Linux內(nèi)核會以自己的功能重新檢測一次硬件，而不一定會使用BIOS檢測到的硬件信息。