引导程序

Posted 2020-08-28 荆棘人

　　引导程序(bootstrap)是一种实用程序。计算机启动后，系统自行输入的一个简短的程序，由它来完成引导过程。[1]  

引导是计算机开始输入时，常采用的一种手段。计算机启动后，由设备来实现少量指令和数据的输入，然后由它们再输入其他程序，这种过程称为引导。微型计算机中的引导程序可将用户通过键盘打入的程序及数据，引导输入到随机存储器中。

 

//----------------百度知道

　　计算机的存储器分为大容量存储器（通常为硬盘）和主存储器（即内存），操作系统（如windows、UNIX、Linux、Mac OS）安装在大容量存储器上，而主存储器又分为两部分：能够永久保存数据的ROM(Read Only Memory)和易失性存储器部分（即在关机后数据全部丢失）。
　　在ROM部分，有两个程序，引导（boot strapping,简称boot）和Bios（基本输入输出程序）。
特征：
　　在计算机开机时，boot被自动执行，指引CPU把操作系统从大容量存储器中传送到主存储器的易失区[1] 。一旦操作系统放到了主存储器中，boot要求CPU执行一条转移指令，转到这个存储区域，在这个时候，操作系统接管并且开始控制整个机器的活动。
　　在操作系统变成可用之前，boot可以执行BIOS，完成基本的输入输出活动。
1、开机执行BIOS（基本输入输出系统）引导程序，这个过程叫做系统自检，标识和配置所有的即插即用设备，并配置DMA通道；完成加电自检，测试内存，端口，键盘，视频适配器，磁盘驱动器等基本设备，以及CD-ROM驱动器；对引导驱动器可引导分区定位：在CMOS（complementary metal oxide semiconductor，互补金属氧化物半导体）中，可以自行设置引导顺序，一般顺序是软驱，磁盘，光驱；加载主引导记录以及引导驱动器的分区表，执行主引导记录MBR，主引导记录在硬盘上找到可引导分区，将其分区引导记录装入内存，并将控制权交给分区引导记录，由分区引导记录定位根目录，然后装入操作系统。

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分8步
1.执行第一条指令。
2.进入POST（Power On Self Test,加电自检）自检。
3.初始化显卡。
4.测试CPU和内存。
5.检测标准设备。
6.检测即插即用设备。
7.更新ESCD系统BIOS将更新ESCD(Extend System Configuration Data,扩展系统数据配置)。
8.按指定的顺序启动磁盘。

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系统引导程序的工作原理

　　单片机控制系统中，由于程序规模不大，它完全可以存储于程序可寻址的ROM片上（Read Only Memory:只读存储器，它的种类很多，这里不做过多解释）。

当程序运行时，不需要移动程序位置，便可直接通过PC（Programming Counter：程序计数器，它总是指向CPU下一条要执行的程序指令）指针指向，加载到CPU当中并解释执行。

　　目标系统规模比较庞大的嵌入式系统，需要使用规模很大的系统软件与应用软件来实现控制功能。那么，这些软件直接存储在片上可直接寻址的ROM中，是不可能的（CPU的位宽，决定了可直接寻址的物理地址范围不够大）。所以，它们只能存放于容量较大的外部存储设备当中，而外部存储设备的内部空间（类似于某单位的库房内部货架，外部人员无法直接使用，只能通过库房管理员完成出库入库操作）往往不能被PC直接寻址访问！那么，如果要运行程序，必须要将它加载到CPU可寻址的RAM当中。

 

谁来做

　　系统引导程序（BootLoader)。嵌入式系统中的控制核心SOC（System On A Chip）芯片，在设计伊始，就预留了一部分PC可直接寻址的ROM空间，这部分空间，用户可存放一小段代码，当系统复位时，CPU直接指向这里，并执行它。这是非常重要的特性，针对不同的SOC，其实现方式可能完全不同，但原理相通。

如何做之第一

简单的初始化硬件设备（戏说“类似于抢滩登陆当中的先锋部队，规模很小，任务很明确：抢占滩头，并开辟一块安全的登陆区域，供后续抢滩部队安全登陆”），比如：初始化内存，设置堆栈，调整配置CPU工作模式，初始化中断控制系统，驱动存放系统软件的外部存储设备等；

 

 

如何做之第二

加载系统引导程序自身到RAM中（戏说“后续抢滩部队登陆在先锋部队的引导下登陆”）。因为系统引导程序的规模也比较大，它的代码存储范围也会超出PC可直接指向的范围，所以，必须要加载完整的系统引导程序到RAM中；

 

如何做之第三

系统引导程序驱动并初始化后续所有被使用到的硬件设备（戏说“抢滩部队开辟大范围的安全的登陆场，足够后续的主力作战部队登陆并展开”），比如：检测内存、LCD屏、声音输出设备、简单的通讯设备、存储设备等等；

 

如何做之第四

从外部存储设备中加载操作系统内核，同时为内核设定启动参数，并将系统的控制权交给操作系统（戏说“抢滩部队引导主力作战部队在指定的安全区域登陆，然后讲当前的战场形态以信息的形式通知给主力作战部队，最后将战场的控制权交给主力作战部队，完成任务”），结束使命。

 

结束语

系统引导程序，是嵌入式系统当中必不可少的软件。没有系统引导程序，操作系统自身不能被加载并正确运行。当前在嵌入式系统当中使用最多的系统引导程序是U-Boot,它开源、免费，并且支持绝大部分的嵌入式SOC芯片。同时它还支持很多常用的外部硬件设备，因为它的硬件设备驱动来源于Linux操作系统。所以，对嵌入式系统设计者来说，选择U-Boot绝对是不二的选择！

 

号外

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磁盘引导程序原理及简介

一、介绍

• 系统开机或者重启

1. BIOS 加电自检 ( Power On Self Test -- POST )。BIOS执行内存地址为 FFFF:0000H 处的跳转指令，跳转到固化在ROM中的自检程序处，对系统硬件(包括内存)进行检查。
2. 读取主引导记录(MBR)。当BIOS检查到硬件正常并与 CMOS 中的设置相符后，按照 CMOS 中对启动设备的设置顺序检测可用的启动设备。BIOS将相应启动设备的第一个扇区(也就是MBR扇区)读入内存地址为0000:7C00H 处。
3. 检查0000:7DFEH-0000:7DFFH(MBR的结束标志位)是否等于55AAH，若不等于则转去尝试其他启动设备，如果没有启动设备满足要求则显示"NO ROM BASIC"然后死机。
4. 当检测到有启动设备满足要求后，BIOS将控制权交给相应启动设备。启动设备的MBR将自己复制到0000:0600H处, 然后继续执行。
5. 根据MBR中的引导代码启动引导程序。

二、几个问题

• 为什么需要磁盘引导程序


为什么需要磁盘引导程序而不是直接载入操作系统？或许是因为历史原因，BIOS最初是为最原始的8位PC所创，8位的PC磁盘很小，所以BIOS只能先载入磁盘引导程序然后通过磁盘引导程序导入操作系统。


• 磁盘引导程序为什么要从1扇区，0磁头，0磁道加载到7c00H处


“引导程序加载器--int19”。由于BIOS加载磁盘引导程序时需要调用系统中断int19来加载引导程序，而这个中断指定了将磁盘1扇区，0磁头，0磁道加载到7c00H处。


• 磁盘引导程序为什么最大只能是512字节


“A bootstrap must be exactly512 bytes long because of the two byte check and the one sector limitation.”
“一个引导程序必须为512字节，因为他的大小有一个扇区的限制，最后两个字节需要设置为\'0xAA55\'。”


• 磁盘引导程序为什么是16位


因为DOS系统是16位，X86系统都向后兼容引导时的16位模式。

 

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Windows7的开机引导

由bios启动,然后查找硬盘的mbr，mbr指向当前活动分区根目录的bootmgr引导器，bootmgr读取当前活动分区boot文件夹中的bcd数据配置文件，来生成菜单和载入设置用户选择后，控制权转交给winload.exe[windows内核载入程序]载入程序自动载入注册表和驱动文件之后就是你看见的登陆界面了,要是没有密码就直接进桌面了

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