Porting U-boot for SPEAr310(arm926) --- 3

2、U-boot启动过程

前辈们已有不少介绍，俺在这集中下！

?

从board/spear/spear310/u-boot.lds可以发现，cpu/arm926ejs/start.s的_start 为u-boot程序入口，start_armboot为C程序入口，以下为U-Boot的一个存储器映射图：

C函数入口start_armboot对应的源文件是lib_arm/board.c，这一文件对所有的ARM处理器都是通用的，因此在移植的时候不用修改，分析start_armboot()：

void start_armboot (void)

{

init_fnc_t **init_fnc_ptr;

char *s;

#ifndef CFG_NO_FLASH

ulong size;

#endif

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

/* 本次移植暂不配置VFD和LCD，后面也将不考虑的部分略去 */

/* 初始化全局数据结构体指针gd */

gd = (gd_t*)(_armboot_start -CFG_MALLOC_LEN - sizeof(gd_t));

....../* memset在lib_generic/string.c中定义*/

memset ((void*)gd,sizeof(gd_t)); /*用0填充全局数据表*gd */

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

memset (gd->bd,sizeof(bd_t)); /*用0填充(初始化) *gd->bd */

?

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 (); /* 打印错误信息并死锁 */

}

}

?

#ifndef CFG_NO_FLASH

/* configure available FLASHbanks */

size = flash_init (); /*drivers/cfi_flash.c或自定义 */

display_flash_config (size);

#endif /* CFG_NO_FLASH */

?

/*armboot_start is defined inthe board-specific linker script*/

mem_malloc_init (_armboot_start- CFG_MALLOC_LEN);

......

/* initialize environment */

env_relocate ();

?

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

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

?

???????? /* MAC Address */

???????? {

?????????????????? int i;

?????????????????? ulong reg;

?????????????????? char *s,*e;

?????????????????? char tmp[64];

?

?????????????????? i = getenv_r ("ethaddr",tmp,sizeof(tmp));

?????????????????? s = (i > 0) ? tmp : NULL;

?

?????????????????? for (reg = 0; reg < 6; ++reg) {

??????????????????????????? gd->bd->bi_enetaddr[reg] = s ?simple_strtoul (s,&e,16) : 0;

??????????????????????????? if (s)

???????????????????????????????????? s = (*e) ? e + 1 : e;

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

?

#ifdef CONFIG_HAS_ETH1

?????????????????? i = getenv_r ("eth1addr",sizeof(tmp));

?????????????????? s = (i > 0) ? tmp : NULL;

?

?????????????????? for (reg = 0; reg < 6; ++reg) {

??????????????????????????? gd->bd->bi_enet1addr[reg] = s ?simple_strtoul (s,16) : 0;

??????????????????????????? if (s)

???????????????????????????????????? s = (*e) ? e + 1 : e;

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

#endif

???????? }

?

devices_init (); /* get thedevices list going. */

.......

jumptable_init ();

console_init_r (); /* fullyinit console as a device */

enable_interrupts (); /* enableexceptions */

......

???????? /* 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

......

#if defined(CONFIG_CMD_NET)

#if defined(CONFIG_NET_MULTI)

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

#endif

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

#endif

?

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

for (;;) {

main_loop ();

}

}

gd_t是全局数据表类型，在include/asm-arm/global_data.h中定义如下：

/*

Keep it *SMALL* and remember toset CFG_GBL_DATA_SIZE > sizeof(gd_t)

*/

typedef struct global_data {

bd_t *bd;

unsigned long flags;

unsigned long baudrate;

unsigned long have_console; /*serial_init() was called */

unsigned long reloc_off; /*Relocation Offset */

unsigned long env_addr; /*Address of Environment struct */

unsigned long env_valid;/*Checksum of Environment valid?*/

unsigned long fb_base; /* baseaddress of frame buffer */

.......

void **jt; /* jump table */

} gd_t;

?

DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR；

/* 在include/asm-arm/global_data.h中定义的一个全局寄存器变量的声明：

* #defineDECLARE_GLOBAL_DATA_PTR register volatile gd_t *gd asm ("r8")

* 用于存放全局数据结构体gd_t的地址。

*/

其中，bd_t在include/asm-arm/u-boot.h中定义如下：

typedef struct bd_info {

int bi_baudrate; /* serialconsole baudrate */

unsigned long bi_ip_addr; /* IPAddress */

unsigned char bi_enetaddr[6];/* Ethernet adress */

struct environment_s *bi_env;

ulong bi_arch_number; /* uniqueid for this board */

ulong bi_boot_params; /* wherethis board expects params*/

struct /* RAM configuration */

{

ulong start;

ulong size;

}bi_dram[CONFIG_NR_DRAM_BANKS];

} bd_t;

jt是函数数组指针，随后将在jumptable_init()函数中初始化。

从lib_arm/board.c的源码不难分析出系统的启动流程：首先初始化全局数据表，然后顺序执行函数指针数组init_sequence中的一系列初始化函数——由其在本文件中的相关定义可得知初始化流程：

typedef int (init_fnc_t)(void);

init_fnc_t *init_sequence[] = {

cpu_init,/* basic cpudependent setup -- cpu/pxa/cpu.c */

board_init,/* basic boardsetup --board/lubbock/lubbock.c */

interrupt_init,/* set upexceptions -- cpu/pxa/interrupts.c */

env_init,/* initializeenvironment -- common/env_flash.c */

init_baudrate,/* initialzebaudrate settings--lib_arm/board.c */

serial_init,/* serialcommunications setup--cpu/pxa/serial.c */

console_init_f,/* stage 1 initof console -- common/console.c */

display_banner,/* say that weare here -- lib_arm/board.c */

#ifdefined(CONFIG_DISPLAY_BOARDINFO)

checkboard,/* display boardinfo */

#endif

dram_init,/* configureavailable RAM banks --board/lubbock/lubbock.c */

display_dram_config,/*lib_arm/board.c */

NULL,

};

在执行这个函数序列的过程中，任何一个函数异常返回都会导致u-boot“死锁”或说“挂起”在hang()函数的死循环当中。

若一切顺利，接下来就调用flash_init()函数初始化FLASH。在spear310的u-boot实现当中，目标板头文件（include/configs/spear310.h)预编译宏#define CONFIG_SPEAR_EMI和CFG_FLASH_CFI_DRIVER控制编译PNor flash驱动，该函数在drivers/mtd/cfi_flash.c；通过预编译宏#define CONFIG_SPEAR_SMI”控制编译SNor flash驱动，该函数在drivers/mtd/spr_smi.c。在移植U-Boot时，可以根据实际情况选择使用U-Boot自带的FLASH驱动还是自己编写新的驱动。

接下来是Nand Flash初始化，现目标板未使用Nand Flash，对此暂不讨论。

接下来调用env_relocate()函数初始化环境变量，该函数在common/env_common.c文件中定义。在同一文件中可以发现还定义了一个字符数组default_environment[]，用于描述缺省的环境变量，这些都要在include/configs/spear310.h头文件中进行设置，包括启动命令CONFIG_BOOTCOMMAND，波特率CONFIG_BAUDRATE，IP地址CONFIG_IPADDR等等。

然后是获取自设置的目标板的网络地址，包括IP地址和MAC地址。

再然后是调用common/devices.c中定义的devices_init()函数来创建设备列表，并初始化相应的设备，主要是”stdin”,”stdout”,”stderr”以及自定义的设备如I2C，LCD等。这些相关代码是与平台无关的，因此从移植的角度考虑，不必作细致的研究与分析。

接着调用common/exports.c中定义的jumptable_init()函数，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；而gd->jt是这个函数指针数组的首指针。部分代码如下：

void jumptable_init (void)

{

???????? int i;

?

???????? gd->jt = (void **) malloc (XF_MAX * sizeof (void *));

???????? for (i = 0; i < XF_MAX; i++)

?????????????????? gd->jt[i] = (void *) dummy;

?

???????? gd->jt[XF_get_version] = (void *) get_version;

???????? gd->jt[XF_malloc] = (void *) malloc;

???????? gd->jt[XF_free] = (void *) free;

???????? gd->jt[XF_getenv] = (void *) getenv;

???????? gd->jt[XF_setenv] = (void *) setenv;

???????? gd->jt[XF_get_timer] = (void *) get_timer;

???????? gd->jt[XF_simple_strtoul] =(void *) simple_strtoul;

???????? gd->jt[XF_udelay] = (void *) udelay;

???????? gd->jt[XF_simple_strtol] = (void *) simple_strtol;

???????? gd->jt[XF_strcmp] = (void *) strcmp;

#if defined(CONFIG_I386) ||defined(CONFIG_PPC)

???????? gd->jt[XF_install_hdlr] = (void *) irq_install_handler;

???????? gd->jt[XF_free_hdlr] = (void *) irq_free_handler;

#endif???? /* I386 || PPC */

#if defined(CONFIG_CMD_I2C)

???????? gd->jt[XF_i2c_write]= (void *) i2c_write;

???????? gd->jt[XF_i2c_read]= (void *) i2c_read;

#endif

}

然后是调用common/console.c中定义的函数console_init_r()初始化串口控制台，这同样是平台无关的代码，所以不必关心。

这时U-Boot的基本功能已经初始化完毕，便可开中断，并进行附加功能的配置与初始化，包括网卡驱动配置。

最后需要注意的一个很重要的文件是lib_arm/armlinux.c，它实现的功能包括设置内核启动参数，并负责将这些参数传递给内核，最后跳转到Linux内核入口函数，将控制权交给内核。

具体传递哪些参数，是通过在include/configs/spear310.h中指定条件编译选项来控制的，对应于lib_arm/armlinux.c中的参数列表中各个参数的定义及含义，以及参数列表的初始化过程，可以参考Booting ARMLinux一文。内核是如何找到这个参数列表在内存中的位置，以接收这些参数的呢？实际上，参数列表(tag list)在内存中的起始地址会保存在通用寄存器R2中，并传递给内核。而按照习惯或说惯例，通常tag list的首地址(物理地址)会设置为RAM起始地址+ 0x100偏移量，因此R2的值实际上是确定不变的。另外，还要正确设置R0和R1的值，在呼叫内核时，R0的值应为0，R1中则应保存机器类型(machine type)编号。R0,R1和R2都会作为参数传递给内核。

在上面的代码中，定义了一个函数指针theKernel，通过倒数第二条语句将内核入口地址赋给theKernel(hdr是include/image.h中定义的一个image_header结构体类型的数据，hdr->ih_ep中保存了内核入口地址，ntohl的功能是字节顺序的大小端转换，相关代码可以参考tools/mkimage.c)，最后，根据APCS规则，将0,bd->bi_arch_number,bd->bi_boot_params 依次作为参数通过R0，R1和R2传递给theKernel函数，并进入内核启动部分。

至此，我们已经从源代码入手简要分析了U-Boot的启动流程，在这个过程中，我们可以理解和认识：为什么要添加这些文件；哪些文件是平台相关的并且必须要根据平台特性进行修改的；哪些文件是平台无关的，是不需要修改的，只需在头文件中作适当配置即可。