Bootloader

Rôle d’un bootloader

Les bootloaders ont généralement trois fonctions principales:

Initialisation du processeur
- Après la mise sous tension du processeur, certaines composantes matérielles doivent impérativement être initialisées avant qu’un programme, même élémentaire, puisse s’exécuter. Les horloges, la RAM et son contrôleur en sont des exemples typiques.
- Cette initialisation est toujours dépendante du type de processeur et de ses périphériques. Elle est généralement développée en assembleur. On n’initialisera naturellement que les périphériques nécessaires au fonctionnement du bootloader.
Lancement de l’application
- Sur les systèmes embarqués, les applications sont généralement stockées dans des mémoires non volatiles de type flash. Cependant, pour être exécutées celles-ci doivent souvent être chargées dans la RAM.
Mise à jour de l’application
- Certains bootloader offrent la possibilité de mettre à jour les applications chargées sur le système. Celle-ci peut s’effectuer soit localement (carte SD, interface série, …) ou à distance par l’intermédiaire de réseaux de communication (Ethernet, WiFi, … )

Les bootloaders

Sur le marché, il existe un grand nombre de bootloaders commerciaux ou open source. Ces boot-loader sont souvent spécialisés soit pour un type de processeur, par exemple en open source :

Architecture Intel / PC
- GRUB (GRand Unified Bootloader)
- LILO (Linux loader)
- RedBoot (Red Hat Embedded Debug and Bootstrap firmware)
- U-Boot (Universal Bootloader) -…
Architecture MIPS
- RedBoot
- U-Boot
- …
Architecture ARM
- RedBoot
- U-Boot
- …

Choix d’un bootloader

Le choix d’un bootloader adapté à vos besoins est une tâche ardue. Ci-dessous quelques facteurs à considérer lors du choix :

Est-ce qu’il supporte mon choix de processeur ?
A-t-il déjà été porté sur une carte similaire à la mienne ?
Est-ce qu’il supporte les fonctions dont j’ai besoin ?
Est-ce qu’il supporte les périphériques que j’ai prévu d’utiliser ?
Existe-t-il une large communauté d’utilisateurs d’où je pourrai obtenir de l’aide ?
Existe-t-il des fournisseurs commerciaux dont je pourrai acheter du support ?

Das U-Boot

Dans les systèmes embarqués, «Das U-Boot» est probablement l’un des bootloaders des plus populaires.

Il est développé et maintenu par la maison DENX Software Engineering à Munich (https://www.denx.de).

La première version a été libérée en juillet 2000 pour des processeurs PowerPPC. Aujourd’hui, il supporte une très large palette de processeurs et offre une grande fonctionnalité .

Quelques caractéristiques :

Processeurs: PPC, ARM, MIPS, x86, m68k, …
Systèmes opératifs: Linux, VxWorks, FreeBSD, LynxOS, …
Interfaces: série, Ethernet, flash card
Protocoles: tftp, bootp/tftp, rarp/tftp, dhcp
Systèmes de fichiers: JFFS2, UBI/UBIFS, ext4, …

Source code :

Licence GPLv2
Langage: développé en C (sans OS ni interruptions)
Taille de l’exécutable: ~300KiB
Release: tous les 2 à 3 mois

Séquence de démarrage du NanoPi NEO Plus2 - Carte SD / eMMC

Le démarrage du NanoPi NEO Plus2 se décompose en 6 phases:

Lorsque le microprocesseur est mis sous tension, le code stocké dans son BROM charge dans ses 32KiB de SRAM interne le firmware « sunxi-spl » stocké dans le secteur no 16 de la carte SD / eMMC et l’exécuter.
Le firmware « sunxi-spl » (Secondary Program Loader) initialise les couches basses du microprocesseur, puis charge l’U-Boot dans la RAM du microprocesseur avant de le lancer.
L’U-Boot effectue les initialisations hardware nécessaires (horloges, contrôleurs, …) avant de charger l’image non compressées du noyau Linux dans la RAM, le fichier «Image», ainsi que le fichier de configuration FDT (flattened device tree).
L’U-Boot lance le noyau Linux en lui passant les arguments de boot (bootargs).
Le noyau Linux procéde à son initialisation sur la base des bootargs et des éléments de configuration contenus dans le fichier FDT (sun50i-h5-nanopi-neo- plus2.dtb).
Le noyau Linux attache les systèmes de fichiers (rootfs, tmpfs, usrfs, …) et poursuit son exécution.

Ref. documentation sur les bootargs:

fichier ./Documentation/kernel-parameters.txt dans les sources du noyau Linux
linux_boot_commands_arguments