U-BOOT源码分析及移植

本文从以下几个方面粗浅地分析u-boot并移植到FS2410板上： 1、u-boot工程的总体结构 2、u-boot的流程、主要的数据结构、内存分配。 3、u-boot的重要细节，主要分析流程中各函数的功能。 4、基于FS2410板子的u-boot移植。实现了NOR Flash和NAND Flash启动,网络功能。　 这些认识源于自己移植u-boot过程中查找的资料和对源码的简单阅读。下面主要以smdk2410为分析对象。 一、u-boot工程的总体结构： 1、源代码组织 对于ARM而言，主要的目录如下： board 平台依赖 　存放电路板相关的目录文件,每一套板子对 应一个目录。如smdk2410(arm920t) 　 cpu 平台依赖 　存放CPU相关的目录文件，每一款CPU对应一个目录，例如：arm920t、 xscale、i386等目录 lib_arm 平台依赖 　存放对ARM体系结构通用的文件，主要用于实现ARM平台通用的函数，如软件浮点。 common 通用 通用的多功能函数实现，如环境，命令，控制台相关的函数实现。 include 通用 头文件和开发板配置文件，所有开发板的配置文件都在configs目录下 lib_generic 通用 通用库函数的实现 net 通用 存放网络协议的程序 drivers 通用 通用的设备驱动程序，主要有以太网接口的驱动，nand驱动。 ....... 2.makefile简要分析 所有这些目录的编译连接都是由顶层目录的makefile来确定的。 在执行make之前，先要执行make $(board)_config 对工程进行配置，以确定特定于目标板的各个子目录和头文件。 $(board)_config:是makefile 中的一个伪目标，它传入指定的CPU，ARCH，BOARD，SOC参数去执行mkconfig脚本。 这个脚本的主要功能在于连接目标板平台相关的头文件夹，生成config.h文件包含板子的配置头文件。 使得makefile能根据目标板的这些参数去编译正确的平台相关的子目录。 以smdk2410板为例,执行　make smdk2410_config,主要完成三个功能： @在include文件夹下建立相应的文件（夹）软连接， #如果是ARM体系将执行以下操作： #ln -s asm-arm asm #ln -s arch-s3c24x0 asm-arm/arch #ln -s proc-armv asm-arm/proc @生成Makefile包含文件include/config.mk，内容很简单，定义了四个变量： ARCH = arm CPU = arm920t BOARD = smdk2410 SOC = s3c24x0 @生成include/config.h头文件，只有一行： #include "config/smdk2410.h" 顶层makefile先调用各子目录的makefile，生成目标文件或者目标文件库。 然后再连接所有目标文件（库）生成最终的u-boot.bin。 连接的主要目标（库）如下： OBJS = cpu/$(CPU)/start.o LIBS = lib_generic/libgeneric.a LIBS += board/$(BOARDDIR)/lib$(BOARD).a LIBS += cpu/$(CPU)/lib$(CPU).a ifdef SOC LIBS += cpu/$(CPU)/$(SOC)/lib$(SOC).a endif LIBS += lib_$(ARCH)/lib$(ARCH).a LIBS += fs/cramfs/libcramfs.a fs/fat/libfat.a fs/fdos/libfdos.a fs/jffs2/libjffs2.a fs/reiserfs/libreiserfs.a fs/ext2/libext2fs.a LIBS += net/libnet.a LIBS += disk/libdisk.a LIBS += rtc/librtc.a LIBS += dtt/libdtt.a LIBS += drivers/libdrivers.a LIBS += drivers/nand/libnand.a LIBS += drivers/nand_legacy/libnand_legacy.a LIBS += drivers/sk98lin/libsk98lin.a LIBS += post/libpost.a post/cpu/libcpu.a LIBS += common/libcommon.a LIBS += $(BOARDLIBS) 显然跟平台相关的主要是： cpu/$(CPU)/start.o board/$(BOARDDIR)/lib$(BOARD).a　 cpu/$(CPU)/lib$(CPU).a cpu/$(CPU)/$(SOC)/lib$(SOC).a　 lib_$(ARCH)/lib$(ARCH).a 这里面的四个变量定义在include/config.mk（见上述）。 其余的均与平台无关。 所以考虑移植的时候也主要考虑这几个目标文件（库）对应的目录。 关于u-boot 的makefile更详细的分析可以参照http://blog.mcuol.com/User/lvembededsys/Article/4355_1.htm。 3、u-boot的通用目录是怎么做到与平台无关的？ include/config/smdk2410.h 这个头文件中主要定义了两类变量。 　一类是选项，前缀是CONFIG_，用来选择处理器、设备接口、命令、属性等，主要用来 决定是否编译某些文件或者函数。 另一类是参数，前缀是CFG_，用来定义总线频率、串口波特率、Flash地址等参数。这些常数参量主要用来支持通用目录中的代码，定义板子资源参数。 这两类宏定义对u-boot的移植性非常关键，比如drive/CS8900.c，对cs8900而言，很多操作都是通用的，但不是所有的板子上面都有这个芯片，即使有它在内存中映射的基地址也是平台相关的。所以对于smdk2410板，在smdk2410.h中定义了 #define CONFIG_DRIVER_CS8900 1 #define CS8900_BASE　0x19000300 CONFIG_DRIVER_CS8900的定义使得cs8900.c可以被编译（当然还得定义CFG_CMD_NET才行），因为cs8900.c中在函数定义的前面就有编译条件判断：#ifdef CONFIG_DRIVER_CS8900　如果这个选项没有定义，整个cs8900.c就不会被编译了。 而常数参量CS8900_BASE则用在cs8900.h头文件中定义各个功能寄存器的地址。u-boot的CS8900工作在IO模式下，只要给定IO寄存器在内存中映射的基地址，其余代码就与平台无关了。 u-boot的命令也是通过目标板的配置头文件来配置的，比如要添加ping命令，就必须添加CFG_CMD_NET和CFG_CMD_PING才行。不然common/cmd_net.c就不会被编译了。 从这里我可以这么认为，u-boot工程可配置性和移植性可以分为两层： 一是由makefile来实现，配置工程要包含的文件和文件夹上，用什么编译器。 二是由目标板的配置头文件来实现源码级的可配置性，通用性。主要使用的是#ifdef #else #endif 之类来实现的。 4、smkd2410其余重要的文件： include/s3c24x0.h 　 定义了s3x24x0芯片的各个特殊功能寄存器（SFR）的地址。 cpu/arm920t/start.s 在flash中执行的引导代码,也就是bootloader中的stage1,负责初始化硬件环境，把u-boot从flash加载到RAM中去，然后跳到lib_arm/board.c中的start_armboot中去执行。 lib_arm/board.c　　 u-boot的初始化流程，尤其是u-boot用到的全局数据结构gd,bd的初始化，以及设备和控制台的初始化。 board/smdk2410/flash.c 在board目录下代码的都是严重依赖目标板，对于不同的CPU，SOC，ARCH，u-boot都有相对通用的代码，但是板子构成却是多样的，主要是内存地址，flash型号，外围芯片如网络。对fs2410来说，主要考虑从smdk2410板来移植，差别主要在nor flash上面。 二、u-boot的流程、主要的数据结构、内存分配 1、u-boot的启动流程： 　　从文件层面上看主要流程是在两个文件中：cpu/arm920t/start.s，lib_arm/board.c，　 　　1)start.s　 在flash中执行的引导代码,负责初始化硬件环境，把u-boot从flash加载到RAM中去，然后跳到lib_arm/board.c中的start_armboot中去执行。 1.1.6版本的start.s流程： 硬件环境初始化： 　　进入svc模式;关闭watch dog;屏蔽所有IRQ掩码;设置时钟频率FCLK、HCLK、PCLK;清I/D cache;禁止MMU和CACHE;配置memory control; 重定位： 　　如果当前代码不在连接指定的地址上（对smdk2410是0x3f000000）则需要把u-boot从当前位置拷贝到RAM指定位置中； 建立堆栈，堆栈是进入C函数前必须初始化的。 清.bss区。 跳到start_armboot函数中执行。（lib_arm/board.c） 2)lib_arm/board.c: 　start_armboot是U-Boot执行的第一个C语言函数，完成系统初始化工作，进入主循环，处理用户输入的命令。这里只简要列出了主要执行的函数流程： void start_armboot (void) { //全局数据变量指针gd占用r8。 DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR; gd = (gd_t*)(_armboot_start - CFG_MALLOC_LEN - sizeof(gd_t)); memset ((void*)gd,sizeof (gd_t)); gd->bd = (bd_t*)((char*)gd - sizeof(bd_t)); memset (gd->bd,sizeof (bd_t)); monitor_flash_len = _bss_start - _armboot_start;//取u-boot的长度。 for (init_fnc_ptr = init_sequence; *init_fnc_ptr; ++init_fnc_ptr) { if ((*init_fnc_ptr)() != 0) { hang (); } } size = flash_init (); 　…… mem_malloc_init (_armboot_start - CFG_MALLOC_LEN); env_relocate (); gd->bd->bi_ip_addr = getenv_IPaddr ("ipaddr"); …… devices_init (); jumptable_init (); //跳转表初始化 console_init_r (); enable_interrupts (); if ((s = getenv ("loadaddr")) != NULL) { load_addr = simple_strtoul (s,NULL,16); } for (;;) { main_loop (); } } 初始化函数序列init_sequence[] init_sequence[]数组保存着基本的初始化函数指针。这些函数名称和实现的程序文件在下列注释中。 init_fnc_t *init_sequence[] = { cpu_init,board_init,interrupt_init,env_init,init_baudrate,serial_init,console_init_f,display_banner,dram_init,display_dram_config,}; 整个u-boot的执行就进入等待用户输入命令，解析并执行命令的死循环中。 2、u-boot主要的数据结构 u-boot的主要功能是用于引导OS的，但是本身也提供许多强大的功能，可以通过输入命令行来完成许多操作。所以它本身也是一个很完备的系统。u-boot的大部分操作都是围绕它自身的数据结构，这些数据结构是通用的，但是不同的板子初始化这些数据就不一样了。所以u-boot的通用代码是依赖于这些重要的数据结构的。这里说的数据结构其实就是一些全局变量。 　1）gd　全局数据变量指针，它保存了u-boot运行需要的全局数据，类型定义： 　typedef struct global_data { bd_t *bd; //board data pointor板子数据指针 unsigned long flags; 　//指示标志，如设备已经初始化标志等。 unsigned long baudrate; //串口波特率 unsigned long have_console; unsigned long reloc_off; unsigned long env_addr; unsigned long env_valid; unsigned long fb_base; 　#ifdef CONFIG_VFD unsigned char vfd_type; 　#endif void **jt; } gd_t; 2)bd 板子数据指针。板子很多重要的参数。 类型定义如下： typedef struct bd_info { int bi_baudrate; unsigned long bi_ip_addr; unsigned char bi_enetaddr[6]; struct environment_s *bi_env; ulong bi_arch_number; ulong bi_boot_params; struct { ulong start; ulong size; }bi_dram[CONFIG_NR_DRAM_BANKS]; } bd_t; 3)环境变量指针 env_t *env_ptr = (env_t *)(&environment[0]);(common/env_flash.c) 　env_ptr指向环境参数区，系统启动时默认的环境参数environment[]，定义在common/environment.c中。　 　参数解释： bootdelay 定义执行自动启动的等候秒数 baudrate 定义串口控制台的波特率 netmask 定义以太网接口的掩码 ethaddr 定义以太网接口的MAC地址 bootfile 定义缺省的下载文件 bootargs 定义传递给Linux内核的命令行参数 bootcmd 定义自动启动时执行的几条命令 serverip 定义tftp服务器端的IP地址 ipaddr 定义本地的IP地址 stdin 定义标准输入设备，一般是串口 stdout 定义标准输出设备，一般是串口 stderr 定义标准出错信息输出设备，一般是串口 4）设备相关： 标准IO设备数组?evice_t *stdio_devices[] = { NULL,NULL }; 设备列表　　　　list_t devlist = 0; device_t的定义：includedevices.h中： typedef struct { int flags; 　　　　　 int ext; 　　　　　 char name[16]; 　　　　　 int (*start) (void); 　　　 int (*stop) (void); 　　　　 void (*putc) (const char c); void (*puts) (const char *s); int (*tstc) (void); 　　　　 int (*getc) (void); 　　　　 void *priv; 　　　　　　　 } device_t; 　u-boot把可以用为控制台输入输出的设备添加到设备列表devlist,并把当前用作标准IO的设备指针加入stdio_devices数组中。 　在调用标准IO函数如printf()时将调用stdio_devices数组对应设备的IO函数如putc()。 5)命令相关的数据结构，后面介绍。 6)与具体设备有关的数据结构， 　如flash_info_t flash_info[CFG_MAX_FLASH_BANKS];记录nor flash的信息。 　nand_info_t nand_info[CFG_MAX_NAND_DEVICE];　nand flash块设备信息 3、u-boot重定位后的内存分布： 　　　对于smdk2410,RAM范围从0x30000000~0x34000000. u-boot占用高端内存区。从高地址到低地址内存分配如下： 　显示缓冲区 (.bss_end~34000000) u-boot(bss,data,text) (33f00000~.bss_end) heap(for malloc) gd(global data) bd(board data) stack .... nor flash (0~2M) 三、u-boot的重要细节。 主要分析流程中各函数的功能。按启动顺序罗列一下启动函数执行细节。按照函数start_armboot流程进行分析： 1)DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR; 这个宏定义在include/global_data.h中： #define DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR register volatile gd_t *gd asm ("r8") 声明一个寄存器变量 gd 占用r8。这个宏在所有需要引用全局数据指针gd_t *gd的源码中都有申明。 这个申明也避免编译器把r8分配给其它的变量.　所以gd就是r8,这个指针变量不占用内存。 2）gd = (gd_t*)(_armboot_start - CFG_MALLOC_LEN - sizeof(gd_t)); 对全局数据区进行地址分配，_armboot_start为0x3f000000,CFG_MALLOC_LEN是堆大小＋环境数据区大小，config/smdk2410.h中CFG_MALLOC_LEN大小定义为192KB. 3)gd->bd = (bd_t*)((char*)gd - sizeof(bd_t)); 分配板子数据区bd首地址。 这样结合start.s中栈的分配， stack_setup： ldr r0,_TEXT_BASE sub r0,r0,#CFG_MALLOC_LEN sub r0,#CFG_GBL_DATA_SIZE #ifdef CONFIG_USE_IRQ sub r0,#(CONFIG_STACKSIZE_IRQ+CONFIG_STACKSIZE_FIQ) #endif sub sp,#12 不难得出上文所述的内存分配结构。 下面几个函数是初始化序列表init_sequence[]中的函数: 4)cpu_init();定义于cpu/arm920t/cpu.c 分配IRQ，FIQ栈底地址，由于没有定义CONFIG_USE_IRQ,所以相当于空实现。 5)board_init；极级初始化，定义于board/smdk2410/smdk2410.c 　设置PLL时钟，GPIO，使能I/D cache. 设置bd信息：gd->bd->bi_arch_number = MACH_TYPE_SMDK2410;//板子的ID，没啥意义。 gd->bd->bi_boot_params = 0x30000100;//内核启动参数存放地址 6)interrupt_init;定义于cpu/arm920t/s3c24x0/interrupt.c 　初始化2410的PWM timer 4,使其能自动装载计数值，恒定的产生时间中断信号，但是中断被屏蔽了用不上。 7)env_init;定义于common/env_flash.c（搜索的时候发现别的文件也定义了这个函数，而且没有宏定义保证只有一个被编译，这是个问题，有高手知道指点一下！） 功能：指定环境区的地址。default_environment是默认的环境参数设置。 gd->env_addr = (ulong)&default_environment[0]; gd->env_valid = 0; 8)init_baudrate；初始化全局数据区中波特率的值 gd->bd->bi_baudrate = gd->baudrate =(i > 0) ? (int) simple_strtoul (tmp,10) : CONFIG_BAUDRATE; 9)serial_init; 串口通讯设置 定义于cpu/arm920t/s3c24x0/serial.c 　根据bd中波特率值和pclk,设置串口寄存器。 10)console_init_f;控制台前期初始化common/console.c 由于标准设备还没有初始化（gd->flags & GD_FLG_DEVINIT=0），这时控制台使用串口作为控制台 函数只有一句：gd->have_console = 1; 10)dram_init,初始化内存RAM信息。board/smdk2410/smdk2410.c 其实就是给gd->bd中内存信息表赋值而已。 gd->bd->bi_dram[0].start = PHYS_SDRAM_1; 　gd->bd->bi_dram[0].size = PHYS_SDRAM_1_SIZE; 　初始化序列表init_sequence[]主要函数分析结束。 11)flash_init；定义在board/smdk2410/flash.c 这个文件与具体平台关系密切，smdk2410使用的flash与FS2410不一样，所以移植时这个程序就得重写。 flash_init()是必须重写的函数，它做哪些操作呢？ 首先是有一个变量flash_info_t flash_info[CFG_MAX_FLASH_BANKS]来记录flash的信息。flash_info_t定义： typedef struct { ulong size; ushort sector_count; ulong flash_id; ulong start[CFG_MAX_FLASH_SECT]; uchar protect[CFG_MAX_FLASH_SECT]; #ifdef CFG_FLASH_CFI //我不管CFI接口。 ..... #endif } flash_info_t; flash_init()的操作就是读取ID号，ID号指明了生产商和设备号，根据这些信息设置size,sector_count,flash_id.以及start[]、protect[]。 12)把视频帧缓冲区设置在bss_end后面。 　addr = (_bss_end + (PAGE_SIZE - 1)) & ~(PAGE_SIZE - 1); size = vfd_setmem (addr); gd->fb_base = addr; 13)mem_malloc_init (_armboot_start - CFG_MALLOC_LEN); 设置heap区，供malloc使用。下面的变量和函数定义在lib_arm/board.c malloc可用内存由mem_malloc_start，mem_malloc_end指定。而当前分配的位置则是mem_malloc_brk。 mem_malloc_init负责初始化这三个变量。malloc则通过sbrk函数来使用和管理这片内存。 static ulong mem_malloc_start = 0; static ulong mem_malloc_end = 0; static ulong mem_malloc_brk = 0; static void mem_malloc_init (ulong dest_addr) { mem_malloc_start = dest_addr; mem_malloc_end = dest_addr + CFG_MALLOC_LEN; mem_malloc_brk = mem_malloc_start; memset ((void *) mem_malloc_start,mem_malloc_end - mem_malloc_start); } void *sbrk (ptrdiff_t increment) { ulong old = mem_malloc_brk; ulong new = old + increment; if ((new < mem_malloc_start) || (new > mem_malloc_end)) { return (NULL); } mem_malloc_brk = new; return ((void *) old); } 14)env_relocate()　环境参数区重定位 由于初始化了heap区，所以可以通过malloc()重新分配一块环境参数区， 但是没有必要，因为默认的环境参数已经重定位到RAM中了。 15)IP，MAC地址的初始化。主要是从环境中读，然后赋给gd->bd对应域就OK。 16）devices_init ();定义于common/devices.c int devices_init (void)//我去掉了编译选项，注释掉的是因为对应的编译选项没有定义。 { devlist = ListCreate (sizeof (device_t));//创建设备列表 i2c_init (CFG_I2C_SPEED,CFG_I2C_SLAVE);//初始化i2c接口，i2c没有注册到devlist中去。 //drv_lcd_init (); //drv_video_init (); //drv_keyboard_init (); //drv_logbuff_init (); drv_system_init ();　　//这里其实是定义了一个串口设备，并且注册到devlist中。 //serial_devices_init (); //drv_usbtty_init (); //drv_nc_init (); } 　　经过devices_init()，创建了devlist，但是只有一个串口设备注册在内。显然，devlist中的设备都是可以做为console的。 16) jumptable_init ();初始化gd->jt。1.1.6版本的jumptable只起登记函数地址的作用。并没有其他作用。 17)console_init_r ();后期控制台初始化 主要过程：查看环境参数stdin,stdout,stderr中对标准IO的指定的设备名称，再按照环境指定的名称搜索devlist，将搜到的设备指针赋给标准IO数组stdio_devices[]。置gd->flag标志GD_FLG_DEVINIT。这个标志影响putc，getc函数的实现，未定义此标志时直接由串口serial_getc和serial_putc实现，定义以后通过标准设备数组stdio_devices[]中的putc和getc来实现IO。 下面是相关代码： void putc (const char c) { #ifdef CONFIG_SILENT_CONSOLE if (gd->flags & GD_FLG_SILENT)//GD_FLG_SILENT无输出标志 return; #endif if (gd->flags & GD_FLG_DEVINIT) {//设备list已经初始化 fputc (stdout,c); } else { serial_putc (c);//未初始化时直接从串口输出。 } } void fputc (int file,const char c) { if (file < MAX_FILES) stdio_devices[file]->putc (c); } 为什么要使用devlist，std_device[]？ 为了更灵活地实现标准IO重定向，任何可以作为标准IO的设备，如USB键盘，LCD屏，串口等都可以对应一个device_t的结构体变量，只需要实现getc和putc等函数，就能加入到devlist列表中去，也就可以被assign为标准IO设备std_device中去。如函数 int console_assign (int file,char *devname); 这个函数功能就是把名为devname的设备重定向为标准IO文件file(stdin,stderr)。其执行过程是在devlist中查找devname的设备，返回这个设备的device_t指针，并把指针值赋给std_device[file]。 18)enable_interrupts(),使能中断。由于CONFIG_USE_IRQ没有定义，空实现。 　　 #ifdef CONFIG_USE_IRQ void enable_interrupts (void) { unsigned long temp; __asm__ __volatile__("mrs %0,cpsrn" "bic %0,%0,#0x80n" "msr cpsr_c,%0" : "=r" (temp) : : "memory"); } 　　　　#else void enable_interrupts (void) { } 19）设置CS8900的MAC地址。 cs8900_get_enetaddr (gd->bd->bi_enetaddr); 20）初始化以太网。 eth_initialize(gd->bd);//bd中已经IP，MAC已经初始化 21）main_loop ()；定义于common/main.c 至此所有初始化工作已经完毕。main_loop在标准转入设备中接受命令行，然后分析，查找，执行。 关于U-boot中命令相关的编程： 1、命令相关的函数和定义 ＠main_loop：这个函数里有太多编译选项，对于smdk2410,去掉所有选项后等效下面的程序 void main_loop() { static char lastcommand[CFG_CBSIZE] = { 0,}; int len; int rc = 1; int flag; char *s; int bootdelay; s = getenv ("bootdelay"); //自动启动内核等待延时 bootdelay = s ? (int)simple_strtol(s,10) : CONFIG_BOOTDELAY; debug ("### main_loop entered: bootdelay=%dnn",bootdelay); s = getenv ("bootcmd"); //取得环境中设置的启动命令行 debug ("### main_loop: bootcmd="%s"n",s ? s : ""); if (bootdelay >= 0 && s && !abortboot (bootdelay)) { run_command (s,0);//执行启动命令行,smdk2410.h中没有定义CONFIG_BOOTCOMMAND，所以没有命令执行。 } for (;;) { len = readline(CFG_PROMPT);//读取键入的命令行到console_buffer flag = 0; if (len > 0) strcpy (lastcommand,console_buffer);//拷贝命令行到lastcommand. else if (len == 0) flag |= CMD_FLAG_REPEAT; if (len == -1) puts ("n"); else rc = run_command (lastcommand,flag);　//执行这个命令行。 if (rc <= 0) { lastcommand[0] = 0; } } 　＠run_comman();在命令table中查找匹配的命令名称，得到对应命令结构体变量指针，以解析得到的参数调用其处理函数执行命令。 ＠命令结构构体类型定义：command.h中， struct cmd_tbl_s { char *name; int maxargs; int repeatable; int (*cmd)(struct cmd_tbl_s *,int,char *[]); char *usage; #ifdef CFG_LONGHELP char *help; #endif #ifdef CONFIG_AUTO_COMPLETE int (*complete)(int argc,char *argv[],char last_char,int maxv,char *cmdv[]); #endif }; typedef struct cmd_tbl_s cmd_tbl_t; //定义section属性的结构体。编译的时候会单独生成一个名为.u_boot_cmd的section段。 #define Struct_Section __attribute__ ((unused,section (".u_boot_cmd"))) //这个宏定义一个命令结构体变量。并用name,maxargs,rep,cmd,usage,help初始化各个域。 #define U_BOOT_CMD(name,help) cmd_tbl_t __u_boot_cmd_##name Struct_Section = {#name,help} 2、在u-boot中，如何添加一个命令： 1）CFG_CMD_* 命令选项位标志。在include/cmd_confdefs.h　中定义。 每个板子的配置文件（如include/config/smdk2410.h）中都可以定义u-boot 需要的命令，如果要添加一个命令，必须添加相应的命令选项。如下： #define CONFIG_COMMANDS (CONFIG_CMD_DFL | CFG_CMD_CACHE | CFG_CMD_REGINFO | CFG_CMD_DATE | CFG_CMD_ELF) 定义这个选项主要是为了编译命令需要的源文件，大部分命令都在common文件夹下对应一个源文件 cmd_*.c　，如cmd_cache.c实现cache命令。　文件开头就有一行编译条件： #if(CONFIG_COMMANDS&CFG_CMD_CACHE) 也就是说，如果配置头文件中CONFIG_COMMANDS不或上相应命令的选项，这里就不会被编译。 　2）定义命令结构体变量，如： 　　U_BOOT_CMD( dcache,2,1,do_dcache,"dcache - enable or disable data cachen","[on,off]n" " - enable or disable data (writethrough) cachen" ); 　其实就是定义了一个cmd_tbl_t类型的结构体变量，这个结构体变量名为__u_boot_cmd_dcache。 其中变量的五个域初始化为括号的内容。分别指明了命令名，参数个数，重复数，执行命令的函数，命令提示。 每个命令都对应这样一个变量，同时这个结构体变量的section属性为.u_boot_cmd.也就是说每个变量编译结束 在目标文件中都会有一个.u_boot_cmd的section.一个section是连接时的一个输入段，如.text,.bss,.data等都是section名。 最后由链接程序把所有的.u_boot_cmd段连接在一起，这样就组成了一个命令结构体数组。 u-boot.lds中相应脚本如下: . = .; __u_boot_cmd_start = .; .u_boot_cmd : { *(.u_boot_cmd) } __u_boot_cmd_end = .; 可以看到所有的命令结构体变量集中在__u_boot_cmd_start开始到__u_boot_cmd_end结束的连续地址范围内， 这样形成一个cmd_tbl_t类型的数组，run_command函数就是在这个数组中查找命令的。 3）实现命令处理函数。命令处理函数的格式： void function (cmd_tbl_t *cmdtp,int flag,int argc,char *argv[]) 总体来说，如果要实现自己的命令，应该在include/com_confdefs.h中定义一个命令选项标志位。 在板子的配置文件中添加命令自己的选项。按照u-boot的风格，可以在common/下面添加自己的cmd_*.c，并且定义自己的命令结构体变量，如U_BOOT_CMD( mycommand,do_mycommand,"my command!n","...n" " ..n" ); 然后实现自己的命令处理函数do_mycommand(cmd_tbl_t *cmdtp,char *argv[])。 四、U-boot在ST2410的移植，基于NOR FLASH和NAND FLASH启动。 1、从smdk2410到ST2410: ST2410板子的核心板与FS2410是一样的。我没有整到smdk2410的原理图，从网上得知的结论总结如下， fs2410与smdk2410 RAM地址空间大小一致(0x30000000~0x34000000=64MB); NOR FLASH型号不一样，FS2410用SST39VF1601系列的，smdk2410用AMD产LV系列的; 网络芯片型号和在内存中映射的地址完全一致（CS8900，IO方式基地址0x19000300） 2、移植过程： 移植u-boot的基本步骤如下 (1) 在顶层Makefile中为开发板添加新的配置选项，使用已有的配置项目为例。 smdk2410_config : unconfig @./mkconfig $(@:_config=) arm arm920t smdk2410 NULL s3c24×0 参考上面2行，添加下面2行。 fs2410_config : unconfig @./mkconfig $(@:_config=) arm arm920t fs2410 NULL s3c24×0 (2) 创建一个新目录存放开发板相关的代码，并且添加文件。 board/fs2410/config.mk board/fs2410/flash.c board/fs2410/fs2410.c board/fs2410/Makefile board/fs2410/memsetup.S board/fs2410/u-boot.lds 注意将board/fs2410/Makefile中smdk2410.o全部改为fs2410.o (3) 为开发板添加新的配置文件 可以先复制参考开发板的配置文件，再修改。例如： $cp include/configs/smdk2410.h include/configs/fs2410.h 如果是为一颗新的CPU移植，还要创建一个新的目录存放CPU相关的代码。 (4) 配置开发板 $ make fs2410_config 3、移植要考虑的问题： 　从smdk2410到ST2410移植要考虑的主要问题就是NOR flash。从上述分析知道，u-boot启动时要执行flash_init() 检测flash的ID号，大小，secotor起始地址表和保护状态表,这些信息全部保存在flash_info_t flash_info[CFG_MAX_FLASH_BANKS]中。 　 另外，u-boot中有一些命令如saveenvt需要要擦写flash，间接调用两个函数：flash_erase和write_buff。在board/smdk2410/flash.c 实现了与smdk2410板子相关的nor flash函数操作。由于write_buffer中调用了write_hword去具体写入一个字到flash中，这个函数本身是与硬件无关的， 所以与硬件密切相关的三个需要重写的函数是flash_init,flash_erase,write_hword； 4、SST39VF1601: FS2410板nor flash型号是SST39VF1601，根据data sheet,其主要特性如下： 16bit字为访问单位。2MBTYE大小。 sector大小2kword=4KB,block大小32Kword=64KB;这里我按block为单位管理flash,即flash_info结构体变量中的sector_count是block数，起始地址表保存也是所有block的起始地址。 SST Manufacturer ID = 00BFH ; SST39VF1601 Device ID = 234BH； 软件命令序列如下图。 5、我实现的flash.c主要部分： //相关定义： # define CFG_FLASH_WORD_SIZE unsigned short //访问单位为16b字 #define MEM_FLASH_ADDR1 (*(volatile CFG_FLASH_WORD_SIZE *)(CFG_FLASH_BASE + 0x000005555<<1 )) //命令序列地址1，由于2410地址线A1与SST39VF1601地址线A0连接实现按字访问，因此这个地址要左移1位。 #define MEM_FLASH_ADDR2 (*(volatile CFG_FLASH_WORD_SIZE *)(CFG_FLASH_BASE + 0x000002AAA<<1 ))　//命令序列地址2 #define READ_ADDR0 (*(volatile CFG_FLASH_WORD_SIZE *)(CFG_FLASH_BASE + 0x0000)) //flash信息读取地址1，A0＝0,其余全为0 #define READ_ADDR1 (*(volatile CFG_FLASH_WORD_SIZE *)(CFG_FLASH_BASE + 0x0001<<1))　//flash信息读取地址2，A0＝1,其余全为0 flash_info_t flash_info[CFG_MAX_FLASH_BANKS]; //flash_init(),我实现的比较简单，因为是与板子严重依赖的，只要检测到的信息与板子提供的已知信息符合就OK。 ulong flash_init (void) { int i; CFG_FLASH_WORD_SIZE value; flash_info_t *info; for (i = 0; i < CFG_MAX_FLASH_BANKS; i++) { flash_info[i].flash_id=FLASH_UNKNOWN; } info=(flash_info_t *)(&flash_info[0]); //进入读ID状态，读MAN ID和device id MEM_FLASH_ADDR1=(CFG_FLASH_WORD_SIZE)(0x00AA); MEM_FLASH_ADDR2=(CFG_FLASH_WORD_SIZE)(0x0055); MEM_FLASH_ADDR1=(CFG_FLASH_WORD_SIZE)(0x0090); value=READ_ADDR0; //read Manufacturer ID if(value==(CFG_FLASH_WORD_SIZE)SST_MANUFACT) info->flash_id = FLASH_MAN_SST; else { panic("NOT expected FLASH FOUND!n");return 0; } value=READ_ADDR1; //read device ID if(value==(CFG_FLASH_WORD_SIZE)SST_ID_xF1601) { info->flash_id += FLASH_SST1601; info->sector_count = 32; //32 block info->size = 0x00200000; // 2M=32*64K } else { panic("NOT expected FLASH FOUND!n");return 0; } //建立sector起始地址表。 if ((info->flash_id & FLASH_VENDMASK) == FLASH_MAN_SST ) { for (i = 0; i < info->sector_count; i++) info->start[i] = CFG_FLASH_BASE + (i * 0x00010000); } //设置sector保护信息，对于SST生产的FLASH，全部设为0。 for (i = 0; i < info->sector_count; i++) { if((info->flash_id & FLASH_VENDMASK) == FLASH_MAN_SST) info->protect[i] = 0; } //结束读ID状态： *((CFG_FLASH_WORD_SIZE *)&info->start[0])= (CFG_FLASH_WORD_SIZE)0x00F0; //设置保护，将u-boot镜像和环境参数所在的block的proctect标志置1 flash_protect (FLAG_PROTECT_SET,CFG_FLASH_BASE,CFG_FLASH_BASE + monitor_flash_len - 1,&flash_info[0]); flash_protect (FLAG_PROTECT_SET,CFG_ENV_ADDR,CFG_ENV_ADDR + CFG_ENV_SIZE - 1,&flash_info[0]); return info->size; } 　　　 //flash_erase实现 　这里给出修改的部分，s_first，s_last是要擦除的block的起始和终止block号.对于protect[]置位的block不进行擦除。 擦除一个block命令时序按照上面图示的Block-Erase进行。 for (sect = s_first; sect<=s_last; sect++) { if (info->protect[sect] == 0) { addr = (CFG_FLASH_WORD_SIZE *)(info->start[sect]); if ((info->flash_id & FLASH_VENDMASK) == FLASH_MAN_SST) { MEM_FLASH_ADDR1 = (CFG_FLASH_WORD_SIZE)0x00AA; MEM_FLASH_ADDR2 = (CFG_FLASH_WORD_SIZE)0x0055; MEM_FLASH_ADDR1 = (CFG_FLASH_WORD_SIZE)0x0080; MEM_FLASH_ADDR1 = (CFG_FLASH_WORD_SIZE)0x00AA; MEM_FLASH_ADDR2 = (CFG_FLASH_WORD_SIZE)0x0055; addr[0] = (CFG_FLASH_WORD_SIZE)0x0050; for (i=0; i<50; i++) udelay(1000); } else { break; } } } ......... start = get_timer (0);　　//在指定时间内不能完成为超时。 last = start; addr = (CFG_FLASH_WORD_SIZE *)(info->start[l_sect]);//查询DQ7是否为1，DQ7=1表明擦除完毕 while ((addr[0] & (CFG_FLASH_WORD_SIZE)0x0080) != (CFG_FLASH_WORD_SIZE)0x0080) { if ((now = get_timer(start)) > CFG_FLASH_ERASE_TOUT) { printf ("Timeoutn"); return 1; } ................ //write_word操作，这个函数由write_buff一调用，完成写入一个word的操作，其操作命令序列由上图中Word-Program指定。 static int write_word (flash_info_t *info,ulong dest,ulong data) { volatile CFG_FLASH_WORD_SIZE *dest2 = (CFG_FLASH_WORD_SIZE *)dest; volatile CFG_FLASH_WORD_SIZE *data2 = (CFG_FLASH_WORD_SIZE *)&data; ulong start; int flag; int i; if ((*((volatile ulong *)dest) & data) != data) { return (2); } flag = disable_interrupts(); for (i=0; i<4/sizeof(CFG_FLASH_WORD_SIZE); i++) { MEM_FLASH_ADDR1 = (CFG_FLASH_WORD_SIZE)0x00AA; MEM_FLASH_ADDR2 = (CFG_FLASH_WORD_SIZE)0x0055; MEM_FLASH_ADDR1 = (CFG_FLASH_WORD_SIZE)0x00A0; dest2[i] = data2[i]; if (flag) enable_interrupts(); start = get_timer (0); while ((dest2[i] & (CFG_FLASH_WORD_SIZE)0x0080) != (data2[i] & (CFG_FLASH_WORD_SIZE)0x0080)) { if (get_timer(start) > CFG_FLASH_WRITE_TOUT) { return (1); } } } return (0); } 这些代码在与nor flash相关的命令中都会间接被调用。所以u-boot可移植性的另一个方面就是规定一些函数调用接口和全局变量，这些函数的实现是硬件相关的，移植时只需要实现这些函数。 而全局变量是具体硬件无关的。u-boot在通用目录中实现其余与硬件无关的函数，这些函数就只与全局变量和函数接口打交道了。 通过编译选项设置来灵活控制是否需要编译通用部分。 6、增加从Nand 启动的代码： FS2410板有跳线，跳线短路时从NAND启动，否则从NOR启动。根据FS2410 BIOS源码，我修改了start.s加入了可以从两种FLASH中启动u-boot的 代码。原理在于：在重定位之前先读BWSCON寄存器，判断OM0位是0（有跳线，NAND启动）还是1（无跳线，NOR启动），采取不同的重定位代码 分别从nand或nor中拷贝u-boot镜像到RAM中。这里面也有问题，比如从Nand启动后，nor flash的初始化代码和与它相关的命令都是不能使用的。 这里我采用比较简单的方法，定义一个全局变量标志_boot_flash保存当前启动FLASH标志，_boot_flash=0则表明是NOR启动，否则是从NAND。 在每个与nor flash 相关的命令执行函数一开始就判断这个变量，如果为1立即返回。flash_init()也必须放在这个if(!_boot_flash)条件中。 这里方法比较笨，主要是为了能在跳线处于任意状态时都能启动u-boot。 修改后的start.s如下。 ....... //修改1 .globl _boot_flash _boot_flash: //定义全局标志变量，0:NOR FLASH启动，1：NAND FLASH启动。 .word 0x00000000 ......... ///修改2： ldr r0,=BWSCON ldr r0,[r0] ands r0,#6 beq nand_boot //OM0=0,有跳线，从Nand启动。nand_boot在后面定义。 ............ //修改4,这里在全局变量_boot_flash中设置当前启动flash设备是NOR还是NAND //这里已经完成搬运到RAM的工作，即将跳转到RAM中_start_armboot函数中执行。 adr r1,_boot_flash //取_boot_flash的当前地址，这时还在NOR FLASH或者NAND 4KB缓冲中。 ldr r2,_TEXT_BASE add r1,r1,r2 //得到_boot_flash重定位后的地址，这个地址在RAM中。 ldr r0,#6 // mov r2,#0x00000001 streq r2,[r1] //如果当前是从NAND启动，置_boot_flash为1 ldr pc,_start_armboot _start_armboot: .word start_armboot ........ //////// 修改4，从NAND拷贝U-boot镜像（最大128KB），这段代码由fs2410 BIOS修改得来。 nand_boot: mov r5,#NFCONF ldr r0,=(1<<15)|(1<<12)|(1<<11)|(7<<8)|(7<<4)|(7) str r0,[r5] bl ReadNandID mov r6,#0 ldr r0,=0xec73 cmp r5,r0 beq x1 ldr r0,=0xec75 cmp r5,r0 beq x1 mov r6,#1 x1: bl ReadNandStatus mov r8,#0 //r8是PAGE数变量 ldr r9,_TEXT_BASE //r9指向u-boot在RAM中的起始地址。 x2: ands r0,r8,#0x1f bne x3 //此处意思在于页数是32的整数倍的时候才进行一次坏块检查 1 block=32 pages，否则直接读取页面。 mov r0,r8 bl CheckBadBlk //检查坏块返回值非0表明当前块不是坏块。 cmp r0,#0 addne r8,#32 //如果当前块坏了，跳过读取操作。 1 block=32 pages bne x4 x3: mov r0,r8 mov r1,r9 bl ReadNandPage //读取一页(512B) add r9,r9,#512 add r8,#1 x4: cmp r8,#256 //一共读取256*512=128KB。 bcc x2 mov r5,#NFCONF //DsNandFlash ldr r0,[r5] and r0,#~0x8000 str r0,[r5] adr lr,stack_setup //注意这里直接跳转到stack_setup中执行 mov pc,lr /// //读取Nand的ID号，返回值在r5中 ReadNandID: mov r7,#NFCONF ldr r0,[r7,#0] //NFChipEn(); bic r0,#0x800 str r0,#0] mov r0,#0x90 //WrNFCmd(RdIDCMD); strb r0,#4] mov r4,#0 //WrNFAddr(0); strb r4,#8] y1: //while(NFIsBusy()); ldr r0,#0x10] tst r0,#1 beq y1 ldrb r0,#0xc] //id = RdNFDat()<<8; mov r0,lsl #8 ldrb r1,#0xc] //id |= RdNFDat(); orr r5,r0 ldr r0,#0] //NFChipDs(); orr r0,#0] mov pc,lr //读取Nand状态,返回值在r1,此处没有用到返回值。 ReadNandStatus: mov r7,#0] mov r0,#0x70 //WrNFCmd(QUERYCMD); strb r0,#4] ldrb r1,#0xc] //r1 = RdNFDat(); ldr r0,#0] mov pc,lr //等待Nand内部操作完毕 WaitNandBusy: mov r0,#0x70 //WrNFCmd(QUERYCMD); mov r1,#NFCONF strb r0,[r1,#4] z1: //while(!(RdNFDat()&0x40)); ldrb r0,#0xc] tst r0,#0x40 beq z1 mov r0,#0 //WrNFCmd(READCMD0); strb r0,#4] mov pc,lr //检查坏block: CheckBadBlk: mov r7,lr mov r5,#NFCONF bic r0,#0x1f //addr &= ~0x1f; ldr r1,[r5,#0] //NFChipEn() bic r1,#0x800 str r1,#0] mov r1,#0x50 //WrNFCmd(READCMD2) strb r1,#4] mov r1,#6 strb r1,#8] //WrNFAddr(6) strb r0,#8] //WrNFAddr(addr) mov r1,lsr #8 //WrNFAddr(addr>>8) strb r1,#8] cmp r6,#0 //if(NandAddr) movne r0,lsr #16 //WrNFAddr(addr>>16) strneb r0,#8] bl WaitNandBusy //WaitNFBusy() ldrb r0,#0xc] //RdNFDat() sub r0,#0xff mov r1,#0 //WrNFCmd(READCMD0) strb r1,#4] ldr r1,#0] //NFChipDs() orr r1,r7 ReadNandPage: mov r7,lr mov r4,r1 mov r5,#NFCONF ldr r1,#4] strb r1,#8] //WrNFAddr(0) strb r0,#8] ldr r0,#0] //InitEcc() orr r0,#0x1000 str r0,#0] bl WaitNandBusy //WaitNFBusy() mov r0,#0 //for(i=0; i<512; i++) r1: ldrb r1,#0xc] //buf[i] = RdNFDat() strb r1,[r4,r0] add r0,#1 bic r0,#0x10000 cmp r0,#0x200 bcc r1 ldr r0,#0] //NFChipDs() orr r0,r7 关于nand命令，我尝试打开CFG_CMD_NAND选项，并定义 #define CFG_MAX_NAND_DEVICE 1 #define MAX_NAND_CHIPS 1 #define CFG_NAND_BASE 0x4e000000 添加boar_nand_init()定义(空实现)。但是连接时出现问题，原因是u-boot使用的是软浮点，而我的交叉编译arm-linux-gcc是硬件浮点。 看过一些解决方法，比较麻烦，还没有解决这个问题，希望好心的高手指点。不过我比较纳闷，u-boot在nand部分哪里会用到浮点运算呢？ 7、添加网络命令。 我尝试使用ping命令，其余的命令暂时不考虑。 在common/cmd_net中，首先有条件编译 #if (CONFIG_COMMANDS & CFG_CMD_NET)，然后在命令函数do_ping(...)定义之前有条件编译判断 #if (CONFIG_COMMANDS & CFG_CMD_PING) 。所以在include/cofig/fs2410.h中必须打开这两个命令选项。 #define CONFIG_COMMANDS (CONFIG_CMD_DFL | CFG_CMD_CACHE | CFG_CMD_REGINFO | CFG_CMD_DATE | CFG_CMD_NET | // CFG_CMD_PING | // CFG_CMD_ELF) 并且设定IP:192.168.0.12。 至此，整个移植过程已经完成。编译连接生成u-boot.bin，烧到nand 和nor上都能顺利启动u-boot,使用ping命令时出现问题， 发现ping自己的主机竟然超时，还以为是程序出了问题，后来才发现是windows防火墙的问题。关闭防火墙就能PING通了。 总体来说，u-boot是一个很特殊的程序，代码庞大，功能强大，自成体系。为了在不同的CPU，ARCH，BOARD上移植进行了很多灵活的设计。 在u-boot的移植过程中学到很多东西，尤其是程序设计方法方面真的是大开了眼界。u-boot在代码级可移植性和底层程序开发技术上给人很好的启发。 很多东西没有搞明白，尤其是u-boot最重要的功能--引导OS这部分还没有涉及。linux内核还没入门呢，路漫漫其修远兮，吾将上下而求索。 没有IDE环境看u-boot这种makefile工程很费劲，我用UltraEdit干了这件事，后来才发现可以使用source insight 这个软件。。。。。。。。这些工作都是自己学习过程的总结，谬误之处在所难免，请高手不吝指正。。