如何创建高效的Android Bootloader程序

在安卓设备上的操作系统启动前，Bootloader程序是第一步需要运行的程序。它作为引导程序，先初始化硬件并加载操作系统内核，从而确保操作系统正常启动。在这篇文章中，我们将介绍如何创建一个高效的安卓Bootloader程序，并给出完整的代码示例。

一、准备工作

1、安卓开发工具包：Android SDK
2、编译器：ARM GCC
3、基于设备的厂商代码

在开始编写Bootloader代码之前，我们需要先了解安卓设备的硬件结构和制造商的技术特性，以及ARM架构的指令集和引导程序的实现方法等等。同时，我们还需要安装好所需的软件工具，以及获取基于设备的厂商代码，以便进行正式的编译测试。

二、Bootloader程序框架

1、Bootloader主要包含以下组成部分：
• 引导程序初始化
• CPU和内存初始化
• 读写Flash内存
• 加载内核及启动
• 内核运行时参数传递

Bootloader程序框架必须按照系统硬件结构来设计，它需要在程序启动时即对硬件进行初始化，并把内核及其运行参数放到指定内存中并启动内核，完成其引导作用。下面是一个简单的Bootloader程序实现代码示例：

    void start_kernel(void){
        int fb, addr;
        
        fb = init_fb(); // initialize framebuffer
        if (fb == 0) 
            puts("Failed to init_fb()");
        else 
            puts("Frame buffer initialized.");
        
        addr = init_mem(); // initialize memory
        if (addr == 0) 
            puts("Failed to init_mem()");
        else 
            puts("Memory initialized.");
        
        load_kernel(addr); // load kernel image
        puts("Kernel loaded.");
        
        start_kernel(); // start kernel
        puts("Kernel started.");
    }

三、硬件初始化与读写Flash内存

1、硬件初始化
• 芯片的复位（reset）和时钟（clock）配置
• DDR（Double Data Rate）内存控制器的初始化
• SD卡的初始化
• 串口（UART）的初始化

2、读写Flash内存
• 在Bootloader程序中，我们只需要简单地维护一个包含Flash内存的读写函数。这种函数将在引导过程中执行，它会从Flash中提取必要的数据（如内核映像和引导参数）并将其放入内存中供内核使用。下面是一个读取Flash中内核映像的示例代码：

    void read_kernel_image(uint32_t kernel_start, uint32_t kernel_size,
                       uint32_t ram_start, uint32_t ram_size)
    {
        uint32_t i;
        uint32_t j = 0;
        
        for(i=kernel_start; i<kernel_start+kernel_size; i++)
        {
            ((volatile uint8_t *)ram_start)[j] = 
                 *((volatile uint8_t *)i);
            j++;
        }
    }

四、加载内核及启动

1、加载内核
• 在Bootloader程序中，我们需要实现内核载入函数，将从Flash中提取的内核映像复制到指定的物理内存地址中。下面是一个示例代码：

    void load_kernel_image(uint32_t kernel_start, uint32_t kernel_size,
                        uint32_t ram_start, uint32_t ram_size)
    {
        memcpy((void *)ram_start, (void *)kernel_start, kernel_size);
    }

2、启动内核
• 在内核成功载入后，引导程序需要将控制权交还给内核，让其开始正常的初始化和操作。这需要使用ARM中断机制中的“软件中断（SWI）”来完成，所有ARM CPU都支持SWI指令。下面是一个修改后的Bootloader程序实现代码示例：

    void start_kernel(void){
        int fb, addr;
        
        fb = init_fb(); // initialize framebuffer
        if (fb == 0) 
            puts("Failed to init_fb()");
        else 
            puts("Frame buffer initialized.");
        
        addr = init_mem(); // initialize memory
        if (addr == 0) 
            puts("Failed to init_mem()");
        else 
            puts("Memory initialized.");
        
        load_kernel(addr); // load kernel image
        puts("Kernel loaded.");
        
        asm volatile("mov r0, #0 /* parameter to kernel */\n"
                     "mov r1, #(0x01000000) /* jump dest */\n"
                     "mov pc, #(0x8000 | 0x4) /* trigger SWI */");
    }

五、内核运行时参数传递

1、内核命令行参数传递
• Bootloader程序需要从Flash内存中读取内核命令行参数，并将其放入内存中再传递给内核。下面是一个示例代码：

    void parse_kernel_params(char * cmdline)
    {
        // save cmdline...
    }
    
    void read_kernel_params(uint32_t param_start, uint32_t param_size)
    {
        uint32_t i;
        char *cmdline = (char *)param_start;
        char c;
        
        for(i=0; i<param_size; i++)
        {
            c = *((volatile uint8_t *)(param_start+i));
            if(c == '\0')
                break;
            cmdline[i] = c;
        }
        
        parse_kernel_params(cmdline);
    }

六、总结

本文介绍了如何创建高效的安卓Bootloader程序，并提供了完整的代码示例。在实现Bootloader程序的过程中，我们要按照硬件结构和厂商技术特性来设计程序；要正确地进行硬件初始化和Flash内存的读写操作；要加载内核映像和对其进行启动，同时实现内核命令行参数的传递。这些都是在Bootloader程序开发时需要特别注意的内容。