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U-boot源码简要分析

发布时间:2020-12-15 06:13:31 所属栏目:百科 来源:网络整理
导读:转自:http://blog.chinaunix.net/uid-20543672-id-94380.html 本次移植使用的是 U-boot-2009.11 。 ??? 先来看看源码目录结构,再按照代码的执行顺序简单地分析源码 1.U-boot源码整体框架 源码解压以后,我们可以看到以下的文件和文件夹: ? cpu 与处理器相

转自:http://blog.chinaunix.net/uid-20543672-id-94380.html


本次移植使用的是U-boot-2009.11
??? 先来看看源码目录结构,再按照代码的执行顺序简单地分析源码


1.U-boot源码整体框架

源码解压以后,我们可以看到以下的文件和文件夹:

?cpu

与处理器相关的文件。每个子目录中都包括cpu.cinterrupt.cstart.Su-boot.lds

cpu.c初始化CPU、设置指令Cache和数据Cache

interrupt.c设置系统的各种中断和异常

start.SU-boot启动时执行的第一个文件,它主要做最早其的系统初始化,代码重定向和设置系统堆栈,为进入U-boot第二阶段的C程序奠定基础

u-boot.lds链接脚本文件,对于代码的最后组装非常重要

?board

已经支持的所有开发板相关文件,其中包含SDRAM初始化代码、Flash底层驱动、板级初始化文件

其中的config.mk文件定义了TEXT_BASE,也就是代码在内存的其实地址,非常重要。

?common

与处理器体系结构无关的通用代码,U-boot的命令解析代码/common/command.c、所有命令的上层代码cmd_*.cU-boot环境变量处理代码env_*.c、等都位于该目录下

drivers

包含几乎所有外围芯片的驱动,网卡USB、串口、LCDNand Flash等等

disk

fs

net

支持的CPU无关的重要子系统:

磁盘驱动的分区处理代码

文件系统:FATJFFS2EXT2

网络协议:NFSTFTPRARPDHCP等等

include

头文件,包括各CPU的寄存器定义,文件系统、网络等等

configs子目录下的文件是与目标板相关的配置头文件

doc

U-Boot的说明文档,在修改配置文件的时候可能用得上

lib_arm

处理器体系相关的初始化文件

比较重要的是其中的board.c文件,几乎是U-boot的所有架构第二阶段代码入口函数和相关初始化函数存放的地方。

lib_avr32

lib_blackfin

lib_generic

lib_i386

lib_m68k

lib_microblaze

lib_mips lib_nios

lib_nios2

lib_ppc

lib_sh

lib_sparc

?api

examples

外部扩展应用程序的API和范例

nand_spl

onenand_ipl

post

一些特殊构架需要的启动代码和上电自检程序代码

libfdt

支持平坦设备树(flattened device trees)的库文件

tools

编译S-RecordU-Boot映像等相关工具,制作bootm引导的内核映像文件工具mkimage源码就在此

Makefile

MAKEALL

config.mk

rules.mk

mkconfig

控制整个编译过程的主Makefile文件和规则文件

CHANGELOG

CHANGELOG-before-U-Boot-1.1.5

COPYING

CREDITS

MAINTAINERS

README

一些介绍性的文档、版权说明

标为红色的是移植时比较重要的文件或文件夹。


2.?U-boot代码的大致执行流程(以S3C24x0为例)

从链接脚本文件u-boot.lds中可以找到代码的起始:

OUTPUT_FORMAT("elf32-littlearm","elf32-littlearm","elf32-littlearm")

OUTPUT_ARCH(arm)

ENTRY(_start)

SECTIONS

{

?????? . = 0x00000000;

?

?????? . = ALIGN(4);

?????? .text :

?????? {

????????????? cpu/arm920t/start.o????? (.text)

????????????? *(.text)

?????? }

…...

从中知道程序的入口点是_start,定位于cpu/arm920t /start.S(即u-boot启动的第一阶段)。
下面我们来仔细分析一下 start.S。(请对照数据手册阅读源码):

#include <common.h>

#include <config.h>

?

/*

?*************************************************************************

?*

?* Jump vector table as in table 3.1 in [1]

?*

?*************************************************************************

?*/

?

?

.globl _start

_start:??????? b?????? start_code

???????? ldr???? pc,_undefined_instruction

???????? ldr???? pc,_software_interrupt

???????? ldr???? pc,_prefetch_abort

???????? ldr???? pc,_data_abort

???????? ldr???? pc,_not_used

???????? ldr???? pc,_irq

???????? ldr???? pc,_fiq

?

_undefined_instruction:????? .word undefined_instruction

_software_interrupt:??? .word software_interrupt

_prefetch_abort:????????? .word prefetch_abort

_data_abort:??????????????? .word data_abort

_not_used:????????????????? .word not_used

_irq:??????????????????? .word irq

_fiq:???????????????????? .word fiq

?

???????? .balignl 16,0xdeadbeef

?

?

/*

?*************************************************************************

?*

?* Startup Code (called from the ARM reset exception vector)

?*

?* do important init only if we don't start from memory!

?* relocate armboot to ram

?* setup stack

?* jump to second stage

?*

?*************************************************************************

?*/

?

_TEXT_BASE:

???????? .word???????? TEXT_BASE

?

.globl _armboot_start

_armboot_start:

???????? .word _start

?

/*

?* These are defined in the board-specific linker script.

?*/

.globl _bss_start

_bss_start:

???????? .word __bss_start

?

.globl _bss_end

_bss_end:

???????? .word _end

?

#ifdef CONFIG_USE_IRQ

/* IRQ stack memory (calculated at run-time) */

.globl IRQ_STACK_START

IRQ_STACK_START:

???????? .word???????? 0x0badc0de

?

/* IRQ stack memory (calculated at run-time) */

.globl FIQ_STACK_START

FIQ_STACK_START:

???????? .word 0x0badc0de

#endif

?

?

/*

?* the actual start code

?*/

?

start_code:

???????? /*

???????? ?* set the cpu to SVC32 mode

???????? ?*/

???????? mrs?? r0,cpsr

???????? bic??? r0,r0,#0x1f

???????? orr??? r0,#0xd3

???????? msr?? cpsr,r0

?

???????? bl????? coloured_LED_init

???????? bl????? red_LED_on

?

#if???? defined(CONFIG_AT91RM9200DK) || defined(CONFIG_AT91RM9200EK)

???????? /*

???????? ?* relocate exception table

???????? ?*/

???????? ldr???? r0,=_start

???????? ldr???? r1,=0x0

???????? mov? r2,#16

copyex:

???????? subs r2,r2,#1

???????? ldr???? r3,[r0],#4

???????? str???? r3,[r1],#4

???????? bne?? copyex

#endif

?

#if defined(CONFIG_S3C2400) || defined(CONFIG_S3C2410)

???????? /* turn off the watchdog */

?

# if defined(CONFIG_S3C2400)

#? define pWTCON??? 0x15300000

#? define INTMSK?????? 0x14400008??????? /* Interupt-Controller base addresses */

#? define CLKDIVN???? 0x14800014??????? /* clock divisor register */

#else

#? define pWTCON??? 0x53000000

#? define INTMSK?????? 0x4A000008??????? /* Interupt-Controller base addresses */

#? define INTSUBMSK???????? 0x4A00001C

#? define CLKDIVN???? 0x4C000014?????? /* clock divisor register */

# endif

?

???????? ldr???? r0,=pWTCON

???????? mov? r1,#0x0

???????? str???? r1,[r0]

?

???????? /*

???????? ?* mask all IRQs by setting all bits in the INTMR - default

???????? ?*/

???????? mov? r1,#0xffffffff

???????? ldr???? r0,=INTMSK

???????? str???? r1,[r0]

# if defined(CONFIG_S3C2410)

???????? ldr???? r1,=0x3ff

???????? ldr???? r0,=INTSUBMSK

???????? str???? r1,[r0]

# endif

?

???????? /* FCLK:HCLK:PCLK = 1:2:4 */

???????? /* default FCLK is 120 MHz ! */

???????? ldr???? r0,=CLKDIVN

???????? mov? r1,#3

???????? str???? r1,[r0]

#endif??????? /* CONFIG_S3C2400 || CONFIG_S3C2410 */

?

???????? /*

???????? ?* we do sys-critical inits only at reboot,

???????? ?* not when booting from ram!

???????? ?*/

#ifndef CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT

???????? bl????? cpu_init_crit

#endif

?

#ifndef CONFIG_SKIP_RELOCATE_UBOOT

relocate:??????????????????????????????? /* relocate U-Boot to RAM?? ??? */

???????? adr??? r0,_start???????????? /* r0 <- current position of code?? */

???????? ldr???? r1,_TEXT_BASE?????????????????? /* test if we run from flash or RAM */

???????? cmp? r0,r1?????????????????? /* don't reloc during debug???????? */

???????? beq?? stack_setup

?

???????? ldr???? r2,_armboot_start

???????? ldr???? r3,_bss_start

???????? sub?? r2,r3,r2????????????? /* r2 <- size of armboot??????????? */

???????? add?? r2,r2????????????? /* r2 <- source end address???????? */

?

copy_loop:

???????? ldmia???????? r0!,{r3-r10}????????????????? /* copy from source address [r0]??? */

???????? stmia????????? r1!,{r3-r10}????????????????? /* copy to?? target address [r1]??? */

???????? cmp? r0,r2?????????????????? /* until source end addreee [r2]??? */

???????? ble??? copy_loop

#endif??????? /* CONFIG_SKIP_RELOCATE_UBOOT */

?

???????? /* Set up the stack????????????????????????????????????????????????????? ??? */

stack_setup:

???????? ldr???? r0,_TEXT_BASE???????? /* upper 128 KiB: relocated uboot?? */

???????? sub?? r0,#CONFIG_SYS_MALLOC_LEN?? /* malloc area????????????? */

???????? sub?? r0,#CONFIG_SYS_GBL_DATA_SIZE /* bdinfo???????????????? */

#ifdef CONFIG_USE_IRQ

???????? sub?? r0,#(CONFIG_STACKSIZE_IRQ+CONFIG_STACKSIZE_FIQ)

#endif

???????? sub?? sp,#12????????? /* leave 3 words for abort-stack??? */

?

clear_bss:

???????? ldr???? r0,_bss_start?????????????? /* find start of bss segment??????? */

???????? ldr???? r1,_bss_end?????????????? /* stop here??????????????????????? */

???????? mov? r2,#0x00000000????????? /* clear??? ????????????????????????*/

?

clbss_l:str r2,[r0]???????????????? /* clear loop...??????????????????? */

???????? add?? r0,#4

???????? cmp? r0,r1

???????? ble??? clbss_l

?

???????? ldr???? pc,_start_armboot

?

_start_armboot:? .word start_armboot

?

?

?

/*

?*************************************************************************

?*

?* CPU_init_critical registers

?*

?* setup important registers

?* setup memory timing

?*

?*************************************************************************

?*/

?

?

#ifndef CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT

cpu_init_crit:

???????? /*

???????? ?* flush v4 I/D caches

???????? ?*/

???????? mov? r0,#0

???????? mcr?? p15,c7,0????? /* flush v3/v4 cache */

???????? mcr?? p15,c8,0????? /* flush v4 TLB */

?

???????? /*

???????? ?* disable MMU stuff and caches

???????? ?*/

???????? mrc?? p15,c1,c0,0

???????? bic??? r0,#0x00002300???? @ clear bits 13,9:8 (--V- --RS)

???????? bic??? r0,#0x00000087???? @ clear bits 7,2:0 (B--- -CAM)

???????? orr??? r0,#0x00000002???? @ set bit 2 (A) Align

???????? orr??? r0,#0x00001000???? @ set bit 12 (I) I-Cache

???????? mcr?? p15,0

?

???????? /*

???????? ?* before relocating,we have to setup RAM timing

???????? ?* because memory timing is board-dependend,you will

???????? ?* find a lowlevel_init.S in your board directory.

???????? ?*/

???????? mov? ip,lr

?

???????? bl????? lowlevel_init

?

???????? mov? lr,ip

???????? mov? pc,lr

#endif /* CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT */

…...

//位于include目录下是一个包含其他头文件的头文件

//位于includelinux目录下

?

?

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?

?

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?

?

?

?

u-boot的主入口,跳入了后面的start_code

?

这些是跳转向量表,和芯片的体系结构有关

?

?ldr语句的意思是将第二个操作数(如:_undefined_instruction)指向的地址数据传给PC

?

?.word 为定义一个4字节的空间

undefined_instruction 为地址,即后面标号所对的偏移地址数据

?

?

?

16字节对齐,并以0xdeadbeef填充,它是个Magic number

?

?

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?

?

?

?

?

?

这些和上面的一样,定义一个4字节的空间存放地址

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?

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?

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?

代码从这里开始执行!!

?

?

?

让系统进入SVC(管理员模式)

?

?

?

这些都是为AT91RM9200写的

?

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?

系统时钟的寄存器地址定义

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?

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?

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关闭看门狗

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?

?

?

关闭所有中断

?

?

?

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?

?

?

?

?

设置时钟的分频比

?

?

?

?

?

跳入cpu_init_crit ,这是一个系统初始化函数,他还会调用board/*/lowlevel_init.S中的lowlevel_init函数。

主要是对系统总线的初始化,初始化了连接存储器的位宽、速度、刷新率等重要参数。经过这个函数的正确初始化,Nor FlashSDRAM才可以被系统使用。下面的代码重定向就依赖它。

代码重定向,它首先检测自己是否已经在内存中:

如果是直接跳到下面的堆栈初始化代码 stack_setup

如果不是就将自己从Nor Flash中拷贝到内存中

?

?

?

自拷贝循环

?

请注意看英文注释

?

?

?

?

?

?

堆栈初始化代码(为第二阶段的C语言做准备)

?

?

?

?

?

BSS段清零(为第二阶段的C语言做准备)

BSS段(bss segment)通常是用来存放程序中未初始化的全局变量的一块内存区域。BSS是英文Block Started by Symbol的简称。BSS段属于静态内存分配。在编译时,编译器已经为他们分配好了空间,只不过他们的值为0,为了节省空间,在binELF文件中不占空间。

编译器会计算出_bss_start_bss_end的值,不是定义的

?

跳入第二阶段的C语言代码入口_start_armboot (已经被重定向到内存)

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

前面所说的cpu_init_crit 系统初始化函数

?

?

操作CP15协处理器,

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?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

调用board/*/lowlevel_init.S中的lowlevel_init函数,对系统总线的初始化,初始化了连接存储器的位宽、速度、刷新率等重要参数。经过这个函数的正确初始化,Nor FlashSDRAM才可以被系统使用。

后面的代码略,主要是中断相关代码,但是U-boot基本不使用中断所以暂且略过。

?

?

现在我们再来看看lib_arm/board.c中的第二阶段入口函数start_armboot :

void start_armboot (void)?????????????????????

{

?????? init_fnc_t **init_fnc_ptr;

?????? char *s;

#if defined(CONFIG_VFD) || defined(CONFIG_LCD)

?????? unsigned long addr;

#endif

?

?????? /* Pointer is writable since we allocated a register for it */

?????? gd = (gd_t*)(_armboot_start - CONFIG_SYS_MALLOC_LEN - sizeof(gd_t));

?????? /* compiler optimization barrier needed for GCC >= 3.4 */

?????? __asm__ __volatile__("": : :"memory");

?

?????? memset ((void*)gd,sizeof (gd_t));

?????? gd->bd = (bd_t*)((char*)gd - sizeof(bd_t));

?????? memset (gd->bd,sizeof (bd_t));

?

?????? gd->flags |= GD_FLG_RELOC;

?

?????? monitor_flash_len = _bss_start - _armboot_start;

?

?????? for (init_fnc_ptr = init_sequence; *init_fnc_ptr; ++init_fnc_ptr) {

????????????? if ((*init_fnc_ptr)() != 0) {

???????????????????? hang ();

????????????? }

?????? }

?

?????? /* armboot_start is defined in the board-specific linker script */

?????? mem_malloc_init (_armboot_start - CONFIG_SYS_MALLOC_LEN,

???????????????????? CONFIG_SYS_MALLOC_LEN);

?

#ifndef CONFIG_SYS_NO_FLASH

?????? /* configure available FLASH banks */

?????? display_flash_config (flash_init ());

#endif /* CONFIG_SYS_NO_FLASH */

?

#ifdef CONFIG_VFD

#???? ifndef PAGE_SIZE

#???? ? define PAGE_SIZE 4096

#???? endif

?????? /*

?????? ?* reserve memory for VFD display (always full pages)

?????? ?*/

?????? /* bss_end is defined in the board-specific linker script */

?????? addr = (_bss_end + (PAGE_SIZE - 1)) & ~(PAGE_SIZE - 1);

?????? vfd_setmem (addr);

?????? gd->fb_base = addr;

#endif /* CONFIG_VFD */

?

#ifdef CONFIG_LCD

?????? /* board init may have inited fb_base */

?????? if (!gd->fb_base) {

#??????????? ifndef PAGE_SIZE

#??????????? ? define PAGE_SIZE 4096

#??????????? endif

????????????? /*

????????????? ?* reserve memory for LCD display (always full pages)

????????????? ?*/

????????????? /* bss_end is defined in the board-specific linker script */

????????????? addr = (_bss_end + (PAGE_SIZE - 1)) & ~(PAGE_SIZE - 1);

????????????? lcd_setmem (addr);

????????????? gd->fb_base = addr;

?????? }

#endif /* CONFIG_LCD */

?

#if defined(CONFIG_CMD_NAND)

?????? puts ("NAND:? ");

?????? nand_init();??????????? /* go init the NAND */

#endif

?

#if defined(CONFIG_CMD_ONENAND)

?????? onenand_init();

#endif

?

#ifdef CONFIG_HAS_DATAFLASH

?????? AT91F_DataflashInit();

?????? dataflash_print_info();

#endif

?

?????? /* initialize environment */

?????? env_relocate ();

?

#ifdef CONFIG_VFD

?????? /* must do this after the framebuffer is allocated */

?????? drv_vfd_init();

#endif /* CONFIG_VFD */

?

#ifdef CONFIG_SERIAL_MULTI

?????? serial_initialize();

#endif

?

?????? /* IP Address */

?????? gd->bd->bi_ip_addr = getenv_IPaddr ("ipaddr");

?

?????? stdio_init ();??? /* get the devices list going. */

?

?????? jumptable_init ();

?

#if defined(CONFIG_API)

?????? /* Initialize API */

?????? api_init ();

#endif

?

?????? console_init_r ();??? /* fully init console as a device */

?

#if defined(CONFIG_ARCH_MISC_INIT)

?????? /* miscellaneous arch dependent initialisations */

?????? arch_misc_init ();

#endif

#if defined(CONFIG_MISC_INIT_R)

?????? /* miscellaneous platform dependent initialisations */

?????? misc_init_r ();

#endif

?

?????? /* enable exceptions */

?????? enable_interrupts ();

?

?????? /* Perform network card initialisation if necessary */

#ifdef CONFIG_DRIVER_TI_EMAC

?????? /* XXX: this needs to be moved to board init */

extern void davinci_eth_set_mac_addr (const u_int8_t *addr);

?????? if (getenv ("ethaddr")) {

????????????? uchar enetaddr[6];

????????????? eth_getenv_enetaddr("ethaddr",enetaddr);

????????????? davinci_eth_set_mac_addr(enetaddr);

?????? }

#endif

?

#if defined(CONFIG_DRIVER_SMC91111) || defined (CONFIG_DRIVER_LAN91C96)

?????? /* XXX: this needs to be moved to board init */

?????? if (getenv ("ethaddr")) {

????????????? uchar enetaddr[6];

????????????? eth_getenv_enetaddr("ethaddr",enetaddr);

????????????? smc_set_mac_addr(enetaddr);

?????? }

#endif /* CONFIG_DRIVER_SMC91111 || CONFIG_DRIVER_LAN91C96 */

?

?????? /* Initialize from environment */

?????? if ((s = getenv ("loadaddr")) != NULL) {

????????????? load_addr = simple_strtoul (s,NULL,16);

?????? }

#if defined(CONFIG_CMD_NET)

?????? if ((s = getenv ("bootfile")) != NULL) {

????????????? copy_filename (BootFile,s,sizeof (BootFile));

?????? }

#endif

?

#ifdef BOARD_LATE_INIT

?????? board_late_init ();

#endif

?

#ifdef CONFIG_GENERIC_MMC

?????? puts ("MMC:?? ");

?????? mmc_initialize (gd->bd);

#endif

?

#ifdef CONFIG_BITBANGMII

?????? bb_miiphy_init();

#endif

#if defined(CONFIG_CMD_NET)

#if defined(CONFIG_NET_MULTI)

?????? puts ("Net:?? ");

#endif

?????? eth_initialize(gd->bd);

#if defined(CONFIG_RESET_PHY_R)

?????? debug ("Reset Ethernet PHYn");

?????? reset_phy();

#endif

#endif

?????? /* main_loop() can return to retry autoboot,if so just run it again. */

?????? for (;;) {

????????????? main_loop ();

?????? }

?

?????? /* NOTREACHED - no way out of command loop except booting */

}

?

?

?

?

?

?

?

?

?

gd_t bd_t这两个数据结构比较重要,建议大家看看。

分配一个存储全局数据的区域,地址给指针 gd

?

?

全局数据的区清零

gd->bd(指针)赋值(在gd的前面)并清零

?

gd->flags 赋值,表示已经重定向(在内存中)

monitor_flash_lenu-boot代码长度。

初始化循环

init_sequence 是一个初始化函数集的函数指针数组(后面讲解)

如果有任何一个函数失败就进入死循环。

这个始化函数集比较重要,建议大家认真跟踪一下。

?

?

初始化堆空间,清零。

?

?

初始化Nor Flash相关参数,并显示其大小。

?

?

?

?

?

初始化VFD存储区(LCD显示相关)

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

初始化LCD显存

?

?

?

?

?

??

?

?

?

?

初始化Nand Flash控制器,并显示其容量大小

?

?

?

初始化OneNand

?

?

?

?

初始化 DataFlash

?

初始化环境变量,如果认为没有找到存储其中的,就用默认值并打印:“*** Warning - bad CRC,using default environment”。这是我们常看到的。

?

?

初始化 VFDLCD显示相关)

?

?

?

?

初始化串口。

?

?

从环境变量里获取IP地址

?

初始化标准输入输出设备。比如:串口、LCD、键盘等等

?

初始化全局数据表中的跳转表gd->jt

跳转表是一个函数指针数组,定义了u-boot中基本的常用的函数库,gd->jt是这个函数指针数组的首指针。

?

初始化API,用于为U-boot编写的应用程序

?

初始化 console,平台无关,不一定是串口哦,如果把标准输出设为vga,字符会显示在LCD上。

?

?

平台相关的其他初始化,有的平台有

?

?

?

?

?

?

?

中断使能(一般不使用,很多平台此函数是空的)

?

?

?

?

?

TI芯片中的内置MAC初始化(平台相关)

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

一种网卡芯片初始化(平台相关)

?

?

?

?

?

?

?

?

?

??

?

?

?

?

获取 bootfile参数

?

?

?

?

?

一些板级初始化(有的板子有)

?

?

??

SD/MMC控制器初始化

?

?

?

?

MII相关初始化

?

??

?

网卡初始化

?

?

?

?

?

?

?

进入主循环,其中会读取bootdelaybootcmd

bootdelay时间内按下键进入命令行,否则执行bootcmd的命令。

标有红色的是比较重要的地方。

大致的U-boot启动流程就简单介绍到这。

(编辑:李大同)

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