uboot启动过程
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u-boot（universal bootloader）是德国DENX小组开发的用于多嵌入式CPU的bootloader程序，遵循GPL条款。 以s3c2410为例Uboot的启动过程大体可分为两个部分，第一部分是初始化系统为第二部分做准备，多用汇编实现，第二部分实现外围设备的初始化和内核的下载及参数的传递，开始用C实现。
Uboot启动后的内存分配情况。 上面这个就是基于s3c2410，uboot的启动过程及内存分配。 ?1.1???????U-Boot工作过程 ? U-Boot启动内核的过程可以分为两个阶段，两个阶段的功能如下： ???????（1）第一阶段的功能 ???硬件设备初始化 ???加载U-Boot第二阶段代码到RAM空间 ???设置好栈 ???跳转到第二阶段代码入口 ???????（2）第二阶段的功能 ???初始化本阶段使用的硬件设备 ???检测系统内存映射 ???将内核从Flash读取到RAM中 ???为内核设置启动参数 ???调用内核 1.1.1?????????????U-Boot启动第一阶段代码分析???????第一阶段对应的文件是cpu/arm920t/start.S和board/samsung/mini2440/lowlevel_init.S。 ???????U-Boot启动第一阶段流程如下： ?
图?2.1 U-Boot启动第一阶段流程 ? ???????根据cpu/arm920t/u-boot.lds中指定的连接方式： ENTRY(_start) SECTIONS { ???????. = 0x00000000; ? ???????. = ALIGN(4); ???????.text : ???????{ ?????????????????????cpu/arm920t/start.o????(.text) ????????????????board/samsung/mini2440/lowlevel_init.o (.text) ?????????????????board/samsung/mini2440/nand_read.o (.text) ??????????????*(.text) ???????} ???????… … } ???????第一个链接的是cpu/arm920t/start.o，因此u-boot.bin的入口代码在cpu/arm920t/start.o中，其源代码在cpu/arm920t/start.S中。下面我们来分析cpu/arm920t/start.S的执行。 1.??????硬件设备初始化 （1）设置异常向量 ???????cpu/arm920t/start.S开头有如下的代码： .globl _start _start:????b?????start_code?????????????????????????/*?复位?*/ ???????ldr???pc,_undefined_instruction??????/*?未定义指令向量?*/ ???????ldr???pc,_software_interrupt????????????/* ?软件中断向量?*/ ???????ldr???pc,_prefetch_abort??????????????????/*??预取指令异常向量?*/ ???????ldr???pc,_data_abort????????????????????????/* ?数据操作异常向量?*/ ???????ldr???pc,_not_used???????????????????????????/*??未使用???*/ ???????ldr???pc,_irq?????????????????????????????????????/*??irq中断向量??*/ ???????ldr???pc,_fiq?????????????????????????????????????/*??fiq中断向量??*/ /*??中断向量表入口地址?*/ _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 ? ???????以上代码设置了ARM异常向量表，各个异常向量介绍如下： 表?2.1 ARM异常向量表
???????在cpu/arm920t/start.S中还有这些异常对应的异常处理程序。当一个异常产生时，CPU根据异常号在异常向量表中找到对应的异常向量，然后执行异常向量处的跳转指令，CPU就跳转到对应的异常处理程序执行。 ???????其中复位异常向量的指令“b?start_code”决定了U-Boot启动后将自动跳转到标号“start_code”处执行。 （2）CPU进入SVC模式 start_code: ???????/* ????????* set the cpu to SVC32 mode ????????*/ ???????mrs?r0,cpsr ???????bic??r0,r0,#0x1f????????/*工作模式位清零?*/ ???????orr???r0,#0xd3??????????????/*工作模式位设置为“10011”（管理模式），并将中断禁止位和快中断禁止位置1 */ ???????msr?cpsr,r0 ???????以上代码将CPU的工作模式位设置为管理模式，并将中断禁止位和快中断禁止位置一，从而屏蔽了IRQ和FIQ中断。 （3）设置控制寄存器地址 # if defined(CONFIG_S3C2400) #??define pWTCON?0x15300000 #??define INTMSK??0x14400008 #??define CLKDIVN??????0x14800014 #else??????/* s3c2410与s3c2440下面4个寄存器地址相同?*/ #??define pWTCON?0x53000000???????????????/* WATCHDOG控制寄存器地址?*/ #??define INTMSK??0x4A000008?????????????????????/* INTMSK寄存器地址??*/ #??define INTSUBMSK?0x4A00001C??????/* INTSUBMSK寄存器地址?*/ #??define CLKDIVN??????0x4C000014???????????????????/* CLKDIVN寄存器地址?*/ # endif ???????对与s3c2440开发板，以上代码完成了WATCHDOG，INTMSK，INTSUBMSK，CLKDIVN四个寄存器的地址的设置。各个寄存器地址参见参考文献[4]?。 （4）关闭看门狗 ???????ldr???r0,=pWTCON ???????mov???????r1,#0x0 ???????str???r1,[r0]???/*?看门狗控制器的最低位为0时，看门狗不输出复位信号?*/ ???????以上代码向看门狗控制寄存器写入0，关闭看门狗。否则在U-Boot启动过程中，CPU将不断重启。 （5）屏蔽中断 ???????/* ????????* mask all IRQs by setting all bits in the INTMR - default ????????*/ ???????mov???????r1,#0xffffffff?????/*?某位被置1则对应的中断被屏蔽?*/ ???????ldr???r0,=INTMSK ???????str???r1,[r0] ???????INTMSK是主中断屏蔽寄存器，每一位对应SRCPND（中断源引脚寄存器）中的一位，表明SRCPND相应位代表的中断请求是否被CPU所处理。 ?????????根据参考文献4，INTMSK寄存器是一个32位的寄存器，每位对应一个中断，向其中写入0xffffffff就将INTMSK寄存器全部位置一，从而屏蔽对应的中断。 # if defined(CONFIG_S3C2440) ??????????ldr??r1,=0x7fff?????? ??????????ldr??r0,=INTSUBMSK ??????????str??r1,[r0] # endif ???????INTSUBMSK每一位对应SUBSRCPND中的一位，表明SUBSRCPND相应位代表的中断请求是否被CPU所处理。 ???????根据参考文献4，INTSUBMSK寄存器是一个32位的寄存器，但是只使用了低15位。向其中写入0x7fff就是将INTSUBMSK寄存器全部有效位（低15位）置一，从而屏蔽对应的中断。 （6）设置MPLLCON,UPLLCON,CLKDIVN # if defined(CONFIG_S3C2440)? #define MPLLCON???0x4C000004 #define UPLLCON???0x4C000008?? ??????????ldr??r0,=CLKDIVN?? ??????????mov??r1,#5 ??????????str??r1,[r0] ? ??????????ldr??r0,=MPLLCON ??????????ldr??r1,=0x7F021? ??????????str??r1,[r0] ? ????ldr??r0,=UPLLCON? ??????????ldr??r1,=0x38022 ??????????str??r1,[r0] # else ???????/* FCLK:HCLK:PCLK = 1:2:4 */ ???????/* default FCLK is 120 MHz ! */ ???????ldr???r0,=CLKDIVN ???????mov???????r1,#3 ???????str???r1,[r0] #endif ???????CPU上电几毫秒后，晶振输出稳定，FCLK=Fin（晶振频率），CPU开始执行指令。但实际上，FCLK可以高于Fin，为了提高系统时钟，需要用软件来启用PLL。这就需要设置CLKDIVN，MPLLCON，UPLLCON这3个寄存器。 ???????CLKDIVN寄存器用于设置FCLK，HCLK，PCLK三者间的比例，可以根据表2.2来设置。 表?2.2 S3C2440?的CLKDIVN寄存器格式
? ???????设置CLKDIVN为5，就将HDIVN设置为二进制的10，由于CAMDIVN[9]没有被改变过，取默认值0，因此HCLK = FCLK/4。PDIVN被设置为1，因此PCLK= HCLK/2。因此分频比FCLK:HCLK:PCLK = 1:4:8?。 ???????MPLLCON寄存器用于设置FCLK与Fin的倍数。MPLLCON的位[19:12]称为MDIV，位[9:4]称为PDIV，位[1:0]称为SDIV。 ???????对于S3C2440，FCLK与Fin的关系如下面公式： ???????MPLL(FCLK) = (2×m×Fin)/(p×) ???????其中：?m=MDIC+8，p=PDIV+2，s=SDIV ???????MPLLCON与UPLLCON的值可以根据参考文献4中“PLL VALUE SELECTION TABLE”设置。该表部分摘录如下： 表?2.3?推荐PLL值
???????当mini2440系统主频设置为405MHZ，USB时钟频率设置为48MHZ时，系统可以稳定运行，因此设置MPLLCON与UPLLCON为： ???????MPLLCON=(0x7f<<12) | (0x02<<4) | (0x01) = 0x7f021 ???????UPLLCON=(0x38<<12) | (0x02<<4) | (0x02) = 0x38022 （7）关闭MMU，cache ???????接着往下看： #ifndef CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT ???????bl????cpu_init_crit #endif ???????cpu_init_crit这段代码在U-Boot正常启动时才需要执行，若将U-Boot从RAM中启动则应该注释掉这段代码。 ???????下面分析一下cpu_init_crit到底做了什么： 320??#ifndef CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT 321??cpu_init_crit: 322??????/* 323???????*?使数据cache与指令cache无效?*/ 324???????*/? 325??????mov???????r0,#0 326??????mcr?p15,c7,0????/*?向c7写入0将使ICache与DCache无效*/ 327??????mcr?p15,c8,0????/*?向c8写入0将使TLB失效?*/ 328? 329??????/* 330???????* disable MMU stuff and caches 331???????*/ 332??????mrc?p15,c1,c0,0????/*??读出控制寄存器到r0中??*/ 333??????bic??r0,#0x00002300???@ clear bits 13,9:8 (--V- --RS) 334??????bic??r0,#0x00000087???@ clear bits 7,2:0 (B--- -CAM) 335??????orr???r0,#0x00000002???@ set bit 2 (A) Align 336??????orr???r0,#0x00001000???@ set bit 12 (I) I-Cache 337??????mcr?p15,0????/*??保存r0到控制寄存器??*/ 338? 339??????/* 340???????* before relocating,we have to setup RAM timing 341???????* because memory timing is board-dependend,you will 342???????* find a lowlevel_init.S in your board directory. 343???????*/ 344??????mov???????ip,lr 345? 346??????bl????lowlevel_init 347? 348??????mov???????lr,ip 349??????mov???????pc,lr 350??#endif /* CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT */ ???????代码中的c0，c1，c7，c8都是ARM920T的协处理器CP15的寄存器。其中c7是cache控制寄存器，c8是TLB控制寄存器。325~327行代码将0写入c7、c8，使Cache，TLB内容无效。 ???????第332~337行代码关闭了MMU。这是通过修改CP15的c1寄存器来实现的，先看CP15的c1寄存器的格式（仅列出代码中用到的位）： 表?2.3 CP15的c1寄存器格式（部分）
???????各个位的意义如下： V :??表示异常向量表所在的位置，0：异常向量在0x00000000；1：异常向量在?0xFFFF0000 ???????332~337行代码将c1的?M位置零，关闭了MMU。 （8）初始化RAM控制寄存器 ???????其中的lowlevel_init就完成了内存初始化的工作，由于内存初始化是依赖于开发板的，因此lowlevel_init的代码一般放在board下面相应的目录中。对于mini2440，lowlevel_init在board/samsung/mini2440/lowlevel_init.S中定义如下： 45??#define BWSCON???0x48000000????????/* 13个存储控制器的开始地址?*/ ??… … 129??_TEXT_BASE: 130??????.word?????TEXT_BASE 131? 132??.globl lowlevel_init 133??lowlevel_init: 134??????/* memory control configuration */ 135??????/* make r0 relative the current location so that it */ 136??????/* reads SMRDATA out of FLASH rather than memory ! */ 137??????ldr?????r0,=SMRDATA 138??????ldr???r1,_TEXT_BASE 139??????sub??r0,r1??????????????/* SMRDATA减?_TEXT_BASE就是13个寄存器的偏移地址?*/ 140??????ldr???r1,=BWSCON???/* Bus Width Status Controller */ 141??????add?????r2,#13*4 142??0: 143??????ldr?????r3,[r0],#4????/*将13个寄存器的值逐一赋值给对应的寄存器*/ 144??????str?????r3,[r1],#4 145??????cmp?????r2,r0 146??????bne?????0b 147? 148??????/* everything is fine now */ 149??????mov???????pc,lr 150? 151??????.ltorg 152??/* the literal pools origin */ 153? 154??SMRDATA:????????????/*??下面是13个寄存器的值??*/ 155??.word??… … 156???.word??… … ?… … ???????lowlevel_init初始化了13个寄存器来实现RAM时钟的初始化。lowlevel_init函数对于U-Boot从NAND Flash或NOR Flash启动的情况都是有效的。 ???????U-Boot.lds链接脚本有如下代码： ???????.text : ???????{ ?????????????????????cpu/arm920t/start.o????(.text) ????????????????board/samsung/mini2440/lowlevel_init.o (.text) ?????????????????board/samsung/mini2440/nand_read.o (.text) ??????????????… … ???????} ???????board/samsung/mini2440/lowlevel_init.o将被链接到cpu/arm920t/start.o后面，因此board/samsung/mini2440/lowlevel_init.o也在U-Boot的前4KB的代码中。 ???????U-Boot在NAND Flash启动时，lowlevel_init.o将自动被读取到CPU内部4KB的内部RAM中。因此第137~146行的代码将从CPU内部RAM中复制寄存器的值到相应的寄存器中。 ???????对于U-Boot在NOR Flash启动的情况，由于U-Boot连接时确定的地址是U-Boot在内存中的地址，而此时U-Boot还在NOR Flash中，因此还需要在NOR Flash中读取数据到RAM中。 ???????由于NOR Flash的开始地址是0，而U-Boot的加载到内存的起始地址是TEXT_BASE，SMRDATA标号在Flash的地址就是SMRDATA－TEXT_BASE。 ???????综上所述，lowlevel_init的作用就是将SMRDATA开始的13个值复制给开始地址[BWSCON]的13个寄存器，从而完成了存储控制器的设置。 （9）复制U-Boot第二阶段代码到RAM ???????cpu/arm920t/start.S原来的代码是只支持从NOR Flash启动的，经过修改现在U-Boot在NOR Flash和NAND Flash上都能启动了，实现的思路是这样的： ? ???????bl????bBootFrmNORFlash?/*??判断U-Boot是在NAND Flash还是NOR Flash启动??*/ ???????cmp???????r0,#0??????????/*??r0存放bBootFrmNORFlash函数返回值，若返回0表示NAND Flash启动，否则表示在NOR Flash启动??*/ ???????beq?nand_boot?????????/*??跳转到NAND Flash启动代码??*/ ? /*??NOR Flash启动的代码??*/ ???????b?????stack_setup?????????/*?跳过NAND Flash启动的代码?*/ ? nand_boot: /*??NAND Flash启动的代码??*/ ? stack_setup:??????? ???????/*?其他代码?*/ ? ???????其中bBootFrmNORFlash函数作用是判断U-Boot是在NAND Flash启动还是NOR Flash启动，若在NOR Flash启动则返回1，否则返回0。根据ATPCS规则，函数返回值会被存放在r0寄存器中，因此调用bBootFrmNORFlash函数后根据r0的值就可以判断U-Boot在NAND Flash启动还是NOR Flash启动。bBootFrmNORFlash函数在board/samsung/mini2440/nand_read.c中定义如下： int bBootFrmNORFlash(void) { ????volatile unsigned int *pdw = (volatile unsigned int *)0; ????unsigned int dwVal; ?? ????dwVal = *pdw;?????????/*?先记录下原来的数据?*/ ????*pdw = 0x12345678; ????if (*pdw != 0x12345678)???????/*?写入失败，说明是在NOR Flash启动?*/ ????{ ????????return 1;????? ????} ????else???????????????????????????????????/*?写入成功，说明是在NAND Flash启动?*/ ????{ ????????*pdw = dwVal;????????/*?恢复原来的数据?*/ ????????return 0; ????} } ?????无论是从NOR Flash还是从NAND Flash启动，地址0处为U-Boot的第一条指令“ b????start_code”。 ???????对于从NAND Flash启动的情况，其开始4KB的代码会被自动复制到CPU内部4K内存中，因此可以通过直接赋值的方法来修改。 ???????对于从NOR Flash启动的情况，NOR Flash的开始地址即为0，必须通过一定的命令序列才能向NOR Flash中写数据，所以可以根据这点差别来分辨是从NAND Flash还是NOR Flash启动：向地址0写入一个数据，然后读出来，如果发现写入失败的就是NOR Flash，否则就是NAND Flash。 ???????下面来分析NOR Flash启动部分代码： 208??????adr??r0,_start??????????????/* r0 <- current position of code???*/ 209??????ldr???r1,_TEXT_BASE????????????/* test if we run from flash or RAM */ ? /*?判断U-Boot是否是下载到RAM中运行，若是，则不用?再复制到RAM中了，这种情况通常在调试U-Boot时才发生?*/ 210??????cmp??????r0,r1??????/*_start等于_TEXT_BASE说明是下载到RAM中运行?*/ 211??????beq?stack_setup 212??/*?以下直到nand_boot标号前都是NOR Flash启动的代码?*/ 213??????ldr???r2,_armboot_start 214??????ldr???r3,_bss_start 215??????sub??r2,r3,r2??????????????/* r2 <- size of armboot????????????*/ 216??????add?r2,r2??????????????/* r2 <- source end address?????????*/ 217??/*?搬运U-Boot自身到RAM中*/ 218??copy_loop: 219??????ldmia?????r0!,{r3-r10}?/*?从地址为[r0]的NOR Flash中读入8个字的数据?*/ 220??????stmia??????r1!,{r3-r10}?/*?将r3至r10寄存器的数据复制给地址为[r1]的内存?*/ 221??????cmp???????r0,r2????????????????????/* until source end addreee [r2]????*/ 222??????ble??copy_loop 223??????b?????stack_setup?????????/*?跳过NAND Flash启动的代码?*/ ???????下面再来分析NAND Flash启动部分代码： nand_boot: ????mov r1,#NAND_CTL_BASE? ????ldr r2,=( (7<<12)|(7<<8)|(7<<4)|(0<<0) ) ????str r2,[r1,#oNFCONF]???/*?设置NFCONF寄存器?*/ ? ???????/*?设置NFCONT，初始化ECC编/解码器，禁止NAND Flash片选?*/ ????ldr r2,=( (1<<4)|(0<<1)|(1<<0) ) ????str r2,#oNFCONT]? ? ????ldr r2,=(0x6)???????????/*?设置NFSTAT */ str r2,#oNFSTAT] ? ???????/*?复位命令，第一次使用NAND Flash前复位?*/ ????mov r2,#0xff??????????? ????strb r2,#oNFCMD] ????mov r3,#0?????????????? ? ????/*?为调用C函数nand_read_ll准备堆栈?*/ ????ldr sp,DW_STACK_START?? ????mov fp,#0?????????????? ????/*?下面先设置r0至r2，然后调用nand_read_ll函数将U-Boot读入RAM */ ????ldr r0,=TEXT_BASE??????/*?目的地址：U-Boot在RAM的开始地址?*/ ????mov r1,#0x0???????????????/*?源地址：U-Boot在NAND Flash中的开始地址?*/ ????mov r2,#0x30000??????????/*?复制的大小，必须比u-boot.bin文件大，并且必须是NAND Flash块大小的整数倍，这里设置为0x30000（192KB）?*/ ????bl??nand_read_ll?????????????????/*?跳转到nand_read_ll函数，开始复制U-Boot到RAM */ tst??r0,#0x0?????????????????????/*?检查返回值是否正确?*/ beq stack_setup bad_nand_read: loop2: b loop2????//infinite loop ? .align 2 DW_STACK_START: .word STACK_BASE+STACK_SIZE-4 ???????其中NAND_CTL_BASE，oNFCONF等在include/configs/mini2440.h中定义如下： #define NAND_CTL_BASE??0x4E000000??// NAND Flash控制寄存器基址 ? #define STACK_BASE??0x33F00000?????//base address of stack #define STACK_SIZE??0x8000?????????//size of stack ? #define oNFCONF??0x00??????/* NFCONF相对于NAND_CTL_BASE偏移地址?*/ #define oNFCONT??0x04??????/* NFCONT相对于NAND_CTL_BASE偏移地址*/ #define oNFADDR??0x0c?????/* NFADDR相对于NAND_CTL_BASE偏移地址*/ #define oNFDATA??0x10??????/* NFDATA相对于NAND_CTL_BASE偏移地址*/ #define oNFCMD???0x08?????/* NFCMD相对于NAND_CTL_BASE偏移地址*/ #define oNFSTAT??0x20????????/* NFSTAT相对于NAND_CTL_BASE偏移地址*/ #define oNFECC???0x2c??????????????/* NFECC相对于NAND_CTL_BASE偏移地址*/ ???????NAND Flash各个控制寄存器的设置在S3C2440的数据手册有详细说明，这里就不介绍了。 ???????代码中nand_read_ll函数的作用是在NAND Flash中搬运U-Boot到RAM，该函数在board/samsung/mini2440/nand_read.c中定义。 ???????NAND Flash根据page大小可分为2种：?512B/page和2048B/page的。这两种NAND Flash的读操作是不同的。因此就需要U-Boot识别到NAND Flash的类型，然后采用相应的读操作，也就是说nand_read_ll函数要能自动适应两种NAND Flash。 ???????参考S3C2440的数据手册可以知道：根据NFCONF寄存器的Bit3（AdvFlash (Read only)）和Bit2?（PageSize (Read only)）可以判断NAND Flash的类型。Bit2、Bit3与NAND Flash的block类型的关系如下表所示： 表?2.4?NFCONF的Bit3、Bit2与NAND Flash的关系
? ???????由于的NAND Flash只有512B/page和2048 B/page这两种，因此根据NFCONF寄存器的Bit3即可区分这两种NAND Flash了。 ???????完整代码见board/samsung/mini2440/nand_read.c中的nand_read_ll函数，这里给出伪代码： int nand_read_ll(unsigned char *buf,unsigned long start_addr,int size) { //根据NFCONF寄存器的Bit3来区分2种NAND Flash ???????if( NFCONF & 0x8 )????????/* Bit是1，表示是2KB/page的NAND Flash */ ???????{ ??????????????//////////////////////////////////// ??????????????读取2K block?的NAND Flash ??????????????//////////////////////////////////// ? ???????} ???????else??????????????????????/* Bit是0，表示是512B/page的NAND Flash */ ???????{ ??????????????///////////////////////////////////// ??????????????读取512B block?的NAND Flash ??????????????///////////////////////////////////// ? ???????} ????return 0; } （10）设置堆栈 ???????/*??设置堆栈?*/ 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 /*??跳过全局数据区???????????????*/ #ifdef CONFIG_USE_IRQ ???????sub??r0,#(CONFIG_STACKSIZE_IRQ+CONFIG_STACKSIZE_FIQ) #endif ???????sub??sp,#12???????????/* leave 3 words for abort-stack????*/ ???????只要将sp指针指向一段没有被使用的内存就完成栈的设置了。根据上面的代码可以知道U-Boot内存使用情况了，如下图所示： ? ?
图2.2 U-Boot内存使用情况 ? （11）清除BSS段 clear_bss: ???????ldr???r0,_bss_start??????????????/* BSS段开始地址，在u-boot.lds中指定*/ ???????ldr???r1,_bss_end???????????????/* BSS段结束地址，在u-boot.lds中指定*/ ???????mov???????r2,#0x00000000 clbss_l:str?????r2,[r0]??????????/*?将bss段清零*/ ???????add?r0,#4 ???????cmp??????r0,r1 ???????ble??clbss_l ???????初始值为0，无初始值的全局变量，静态变量将自动被放在BSS段。应该将这些变量的初始值赋为0，否则这些变量的初始值将是一个随机的值，若有些程序直接使用这些没有初始化的变量将引起未知的后果。 （12）跳转到第二阶段代码入口 ???????ldr???pc,_start_armboot ? _start_armboot:???.word??start_armboot ???????跳转到第二阶段代码入口start_armboot处。 1.1.2?????????????U-Boot启动第二阶段代码分析???????start_armboot函数在lib_arm/board.c中定义，是U-Boot第二阶段代码的入口。U-Boot启动第二阶段流程如下： ?
图?2.3 U-Boot第二阶段执行流程 ???????在分析start_armboot函数前先来看看一些重要的数据结构： （1）gd_t结构体 ???????U-Boot使用了一个结构体gd_t来存储全局数据区的数据，这个结构体在include/asm-arm/global_data.h中定义如下： typedef??struct?????global_data { ???????bd_t??????????????*bd; ???????unsigned long??????flags; ???????unsigned long??????baudrate; ???????unsigned long??????have_console;??????/* serial_init() was called */ ???????unsigned long??????env_addr;?????/* Address??of Environment struct */ ???????unsigned long??????env_valid;????/* Checksum of Environment valid? */ ???????unsigned long??????fb_base;?/* base address of frame buffer */ ???????void??????????????**jt;??????????????/* jump table */ } gd_t; ???????U-Boot使用了一个存储在寄存器中的指针gd来记录全局数据区的地址： #define DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR?????register volatile gd_t *gd asm ("r8") ???????DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR定义一个gd_t全局数据结构的指针，这个指针存放在指定的寄存器r8中。这个声明也避免编译器把r8分配给其它的变量。任何想要访问全局数据区的代码，只要代码开头加入“DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR”一行代码，然后就可以使用gd指针来访问全局数据区了。 ???????根据U-Boot内存使用图中可以计算gd的值： gd = TEXT_BASE?－CONFIG_SYS_MALLOC_LEN?－?sizeof(gd_t) （2）bd_t结构体 ???????bd_t在include/asm-arm.u/u-boot.h中定义如下： typedef struct bd_info { ????int????????????????bi_baudrate;???????????????/*?串口通讯波特率?*/ ????unsigned long?????bi_ip_addr;??????????/* IP?地址*/ ????struct environment_s????????*bi_env;??????????????/*?环境变量开始地址?*/ ????ulong????????????bi_arch_number;??????/*?开发板的机器码?*/ ????ulong????????????bi_boot_params;???????/*?内核参数的开始地址?*/ ????struct?????????????????????????/* RAM配置信息?*/ ????{ ??????????????ulong start; ??????????????ulong size; ????}bi_dram[CONFIG_NR_DRAM_BANKS];? } bd_t; ???????U-Boot启动内核时要给内核传递参数，这时就要使用gd_t，bd_t结构体中的信息来设置标记列表。 （3）init_sequence数组 ???????U-Boot使用一个数组init_sequence来存储对于大多数开发板都要执行的初始化函数的函数指针。init_sequence数组中有较多的编译选项，去掉编译选项后init_sequence数组如下所示： typedef int (init_fnc_t) (void); ? init_fnc_t *init_sequence[] = { ???????board_init,?????????/*开发板相关的配置--board/samsung/mini2440/mini2440.c */ ???????timer_init,????????????/*?时钟初始化--?cpu/arm920t/s3c24x0/timer.c */ ???????env_init,????????????/*初始化环境变量--common/env_flash.c?或common/env_nand.c*/ ???????init_baudrate,??????/*初始化波特率--?lib_arm/board.c */ ???????serial_init,????????????/*?串口初始化--?drivers/serial/serial_s3c24x0.c */ ???????console_init_f,????/*?控制通讯台初始化阶段1--?common/console.c */ ???????display_banner,???/*打印U-Boot版本、编译的时间--?gedit lib_arm/board.c */ ???????dram_init,????????????/*配置可用的RAM-- board/samsung/mini2440/mini2440.c */ ???????display_dram_config,??????????????/*?显示RAM大小--?lib_arm/board.c */ ???????NULL, }; ???????其中的board_init函数在board/samsung/mini2440/mini2440.c中定义，该函数设置了MPLLCOM，UPLLCON，以及一些GPIO寄存器的值，还设置了U-Boot机器码和内核启动参数地址?： /* MINI2440开发板的机器码?*/ gd->bd->bi_arch_number = MACH_TYPE_MINI2440; ? /*?内核启动参数地址?*/ gd->bd->bi_boot_params?= 0x30000100;?? ???????其中的dram_init函数在board/samsung/mini2440/mini2440.c中定义如下： int dram_init (void) { ??????/*?由于mini2440只有?*/ ??????gd->bd->bi_dram[0].start = PHYS_SDRAM_1; ??????gd->bd->bi_dram[0].size = PHYS_SDRAM_1_SIZE; ? ??????return 0; } mini2440使用2片32MB的SDRAM组成了64MB的内存，接在存储控制器的BANK6，地址空间是0x30000000~0x34000000。 在include/configs/mini2440.h中PHYS_SDRAM_1和PHYS_SDRAM_1_SIZE?分别被定义为0x30000000和0x04000000（64M）。 ???????分析完上述的数据结构，下面来分析start_armboot函数： void start_armboot (void) { ???????init_fnc_t **init_fnc_ptr; ???????char *s; ???????… … ???????/*?计算全局数据结构的地址gd */ ???????gd = (gd_t*)(_armboot_start - CONFIG_SYS_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)); ???????gd->flags |= GD_FLG_RELOC; ? ???????monitor_flash_len = _bss_start - _armboot_start; ? /*?逐个调用init_sequence数组中的初始化函数??*/ ???????for (init_fnc_ptr = init_sequence; *init_fnc_ptr; ++init_fnc_ptr) { ??????????????if ((*init_fnc_ptr)() != 0) { ?????????????????????hang (); ??????????????} ???????} ? /* armboot_start?在cpu/arm920t/start.S?中被初始化为u-boot.lds连接脚本中的_start */ ???????mem_malloc_init (_armboot_start - CONFIG_SYS_MALLOC_LEN, ?????????????????????CONFIG_SYS_MALLOC_LEN); ? /* NOR Flash初始化?*/ #ifndef CONFIG_SYS_NO_FLASH ???????/* configure available FLASH banks */ ???????display_flash_config (flash_init ()); #endif /* CONFIG_SYS_NO_FLASH */ ? ???????… … /* NAND Flash?初始化*/ #if defined(CONFIG_CMD_NAND) ???????puts ("NAND:??"); ???????nand_init();?????????/* go init the NAND */ #endif ???????… … ???????/*配置环境变量，重新定位?*/ ???????env_relocate (); ???????… … ???????/*?从环境变量中获取IP地址?*/ ???????gd->bd->bi_ip_addr = getenv_IPaddr ("ipaddr"); ???????stdio_init ();?/* get the devices list going. */ ???????jumptable_init (); ???????… … ???????console_init_r ();?/* fully init console as a device */ ???????… … ???????/* enable exceptions */ ???????enable_interrupts (); ? #ifdef CONFIG_USB_DEVICE ???????usb_init_slave(); #endif ? ???????/* 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 ???????… … ???????/*?网卡初始化?*/ #if defined(CONFIG_CMD_NET) #if defined(CONFIG_NET_MULTI) ???????puts ("Net:???"); #endif ???????eth_initialize(gd->bd); … … #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 */ } ???????main_loop函数在common/main.c中定义。一般情况下，进入main_loop函数若干秒内没有 1.1.3?????????????U-Boot启动Linux过程???????U-Boot使用标记列表（tagged list）的方式向Linux传递参数。标记的数据结构式是tag，在U-Boot源代码目录include/asm-arm/setup.h中定义如下： struct tag_header { ???????u32 size;???????/*?表示tag数据结构的联合u实质存放的数据的大小*/ ???????u32 tag;????????/*?表示标记的类型?*/ }; ? struct tag { ???????struct tag_header hdr; ???????union { ??????????????struct tag_core???????????core; ??????????????struct tag_mem32??????mem; ??????????????struct tag_videotext???videotext; ??????????????struct tag_ramdisk?????ramdisk; ??????????????struct tag_initrd??initrd; ??????????????struct tag_serialnr???????serialnr; ??????????????struct tag_revision??????revision; ??????????????struct tag_videolfb?????videolfb; ??????????????struct tag_cmdline?????cmdline; ? ??????????????/* ???????????????* Acorn specific ???????????????*/ ??????????????struct tag_acorn??acorn; ??????????????/* ???????????????* DC21285 specific ???????????????*/ ??????????????struct tag_memclk??????memclk; ???????} u; }; ???????U-Boot使用命令bootm来启动已经加载到内存中的内核。而bootm命令实际上调用的是do_bootm函数。对于Linux内核，do_bootm函数会调用do_bootm_linux函数来设置标记列表和启动内核。do_bootm_linux函数在lib_arm/bootm.c?中定义如下： 59???int do_bootm_linux(int flag,int argc,char *argv[],bootm_headers_t *images) 60???{ 61???????bd_t???????*bd = gd->bd; 62???????char???????*s; 63???????int???machid = bd->bi_arch_number; 64???????void???????(*theKernel)(int zero,int arch,uint params); 65?? 66???#ifdef CONFIG_CMDLINE_TAG 67???????char *commandline = getenv ("bootargs");???/* U-Boot环境变量bootargs */ 68???#endif ???????… … 73???????theKernel = (void (*)(int,int,uint))images->ep;?/*?获取内核入口地址?*/ ???????… … 86???#if defined (CONFIG_SETUP_MEMORY_TAGS) || 87???????defined (CONFIG_CMDLINE_TAG) || 88???????defined (CONFIG_INITRD_TAG) || 89???????defined (CONFIG_SERIAL_TAG) || 90???????defined (CONFIG_REVISION_TAG) || 91???????defined (CONFIG_LCD) || 92???????defined (CONFIG_VFD) 93???????setup_start_tag (bd);?????????????????????????????????????/*?设置ATAG_CORE标志?*/ ???????… … 100??#ifdef CONFIG_SETUP_MEMORY_TAGS 101??????setup_memory_tags (bd);?????????????????????????????/*?设置内存标记?*/ 102??#endif 103??#ifdef CONFIG_CMDLINE_TAG 104??????setup_commandline_tag (bd,commandline);??????/*?设置命令行标记?*/ 105??#endif ???????… … 113??????setup_end_tag (bd);???????????????????????????????/*?设置ATAG_NONE标志?*/?????????? 114??#endif 115? 116??????/* we assume that the kernel is in place */ 117??????printf ("nStarting kernel ...nn"); ???????… … 126??????cleanup_before_linux ();??????????/*?启动内核前对CPU作最后的设置?*/ 127? 128??????theKernel (0,machid,bd->bi_boot_params);??????/*?调用内核?*/ 129??????/* does not return */ 130? 131??????return 1; 132??} ???????其中的setup_start_tag，setup_memory_tags，setup_end_tag函数在lib_arm/bootm.c中定义如下： ???????（1）setup_start_tag函数 static void setup_start_tag (bd_t *bd) { ???????params = (struct tag *) bd->bi_boot_params;??/*?内核的参数的开始地址?*/ ? ???????params->hdr.tag = ATAG_CORE; ???????params->hdr.size = tag_size (tag_core); ? ???????params->u.core.flags = 0; ???????params->u.core.pagesize = 0; ???????params->u.core.rootdev = 0; ? ???????params = tag_next (params); } ???????标记列表必须以ATAG_CORE开始，setup_start_tag函数在内核的参数的开始地址设置了一个ATAG_CORE标记。 ???????（2）setup_memory_tags函数 static void setup_memory_tags (bd_t *bd) { ???????int i; /*设置一个内存标记?*/ ???????for (i = 0; i < CONFIG_NR_DRAM_BANKS; i++) {??? ??????????????params->hdr.tag = ATAG_MEM; ??????????????params->hdr.size = tag_size (tag_mem32); ? ??????????????params->u.mem.start = bd->bi_dram[i].start; ??????????????params->u.mem.size = bd->bi_dram[i].size; ? ??????????????params = tag_next (params); ???????} } ???????setup_memory_tags函数设置了一个ATAG_MEM标记，该标记包含内存起始地址，内存大小这两个参数。 ???????（3）setup_end_tag函数 static void setup_end_tag (bd_t *bd) { ???????params->hdr.tag = ATAG_NONE; ???????params->hdr.size = 0; } ???????标记列表必须以标记ATAG_NONE结束，setup_end_tag函数设置了一个ATAG_NONE标记，表示标记列表的结束。 ???????U-Boot设置好标记列表后就要调用内核了。但调用内核前，CPU必须满足下面的条件： （1）????CPU寄存器的设置 ???r0=0 ???r1=机器码 ???r2=内核参数标记列表在RAM中的起始地址 （2）????CPU工作模式 ???禁止IRQ与FIQ中断 ???CPU为SVC模式 （3）????使数据Cache与指令Cache失效 ???????do_bootm_linux中调用的cleanup_before_linux函数完成了禁止中断和使Cache失效的功能。cleanup_before_linux函数在cpu/arm920t/cpu.中定义： int cleanup_before_linux (void) { ???????/* ????????* this function is called just before we call linux ????????* it prepares the processor for linux ????????* ????????* we turn off caches etc ... ????????*/ ? ???????disable_interrupts ();?????????/*?禁止FIQ/IRQ中断?*/ ? ???????/* turn off I/D-cache */ ???????icache_disable();???????????????/*?使指令Cache失效?*/ ???????dcache_disable();??????????????/*?使数据Cache失效?*/ ???????/* flush I/D-cache */ ???????cache_flush();????????????????????/*?刷新Cache */ ? ???????return 0; } ???????由于U-Boot启动以来就一直工作在SVC模式，因此CPU的工作模式就无需设置了。 do_bootm_linux中： 64???????void???????(*theKernel)(int zero,uint params); … … 73???????theKernel = (void (*)(int,uint))images->ep; … … 128??????theKernel (0,bd->bi_boot_params); ???????第73行代码将内核的入口地址“images->ep”强制类型转换为函数指针。根据ATPCS规则，函数的参数个数不超过4个时，使用r0~r3这4个寄存器来传递参数。因此第128行的函数调用则会将0放入r0，机器码machid放入r1，内核参数地址bd->bi_boot_params放入r2，从而完成了寄存器的设置，最后转到内核的入口地址。 ???????到这里，U-Boot的工作就结束了，系统跳转到Linux内核代码执行。 1.1.4?????????????U-Boot添加命令的方法及U-Boot命令执行过程???????下面以添加menu命令（启动菜单）为例讲解U-Boot添加命令的方法。 （1）????建立common/cmd_menu.c ???????习惯上通用命令源代码放在common目录下，与开发板专有命令源代码则放在board/<board_dir>目录下，并且习惯以“cmd_<命令名>.c”为文件名。 （2）????定义“menu”命令 ???????在cmd_menu.c中使用如下的代码定义“menu”命令： _BOOT_CMD( ???????menu,????3,????0,????do_menu, ???????"menu - display a menu,to select the items to do somethingn", ???????" - display a menu,to select the items to do something" ); ???????其中U_BOOT_CMD命令格式如下： U_BOOT_CMD(name,maxargs,rep,cmd,usage,help) ???????各个参数的意义如下： name：命令名，非字符串，但在U_BOOT_CMD中用“#”符号转化为字符串 maxargs：命令的最大参数个数 rep：是否自动重复（按Enter键是否会重复执行） cmd：该命令对应的响应函数 usage：简短的使用说明（字符串） help：较详细的使用说明（字符串） ???????在内存中保存命令的help字段会占用一定的内存，通过配置U-Boot可以选择是否保存help字段。若在include/configs/mini2440.h中定义了CONFIG_SYS_LONGHELP宏，则在U-Boot中使用help命令查看某个命令的帮助信息时将显示usage和help字段的内容，否则就只显示usage字段的内容。 ???????U_BOOT_CMD宏在include/command.h中定义： #define U_BOOT_CMD(name,help) cmd_tbl_t __u_boot_cmd_##name Struct_Section = {#name,help} ???????“##”与“#”都是预编译操作符，“##”有字符串连接的功能，“#”表示后面紧接着的是一个字符串。 ???????其中的cmd_tbl_t在include/command.h中定义如下： struct cmd_tbl_s { ???????char??????????????*name;??????????/*?命令名?*/ ???????int??????????maxargs;???????/*?最大参数个数?*/ ???????int??????????repeatable;????/*?是否自动重复?*/ ???????int??????????(*cmd)(struct cmd_tbl_s *,char *[]);??/*??响应函数?*/ ???????char??????????????*usage;?????????/*?简短的帮助信息?*/ #ifdef????CONFIG_SYS_LONGHELP ???????char??????????????*help;???????????/*??较详细的帮助信息?*/ #endif #ifdef CONFIG_AUTO_COMPLETE ???????/*?自动补全参数?*/ ???????int??????????(*complete)(int argc,char last_char,int maxv,char *cmdv[]); #endif }; typedef struct cmd_tbl_s??cmd_tbl_t; ???????一个cmd_tbl_t结构体变量包含了调用一条命令的所需要的信息。 ???????其中Struct_Section在include/command.h中定义如下： #define Struct_Section??__attribute__ ((unused,section (".u_boot_cmd"))) ???????凡是带有__attribute__ ((unused,section (".u_boot_cmd"))属性声明的变量都将被存放在".u_boot_cmd"段中，并且即使该变量没有在代码中显式的使用编译器也不产生警告信息。 ???????在U-Boot连接脚本u-boot.lds中定义了".u_boot_cmd"段： ???????. = .; ???????__u_boot_cmd_start = .;??????????/*将?__u_boot_cmd_start指定为当前地址?*/ ???????.u_boot_cmd : { *(.u_boot_cmd) } ???????__u_boot_cmd_end = .;???????????/*??将__u_boot_cmd_end指定为当前地址??*/ ???????这表明带有“.u_boot_cmd”声明的函数或变量将存储在“u_boot_cmd”段。这样只要将U-Boot所有命令对应的cmd_tbl_t变量加上“.u_boot_cmd”声明，编译器就会自动将其放在“u_boot_cmd”段，查找cmd_tbl_t变量时只要在__u_boot_cmd_start与__u_boot_cmd_end之间查找就可以了。 ???????因此“menu”命令的定义经过宏展开后如下： cmd_tbl_t __u_boot_cmd_menu __attribute__ ((unused,section (".u_boot_cmd"))) = {menu,3,do_menu,"menu - display a menu," - display a menu,to select the items to do something"} ???????实质上就是用U_BOOT_CMD宏定义的信息构造了一个cmd_tbl_t类型的结构体。编译器将该结构体放在“u_boot_cmd”段，执行命令时就可以在“u_boot_cmd”段查找到对应的cmd_tbl_t类型结构体。 （3）????实现命令的函数 ???????在cmd_menu.c中添加“menu”命令的响应函数的实现。具体的实现代码略： int do_menu (cmd_tbl_t *cmdtp,int flag,char *argv[]) { ???????/*?实现代码略?*/ } （4）????将common/cmd_menu.c编译进u-boot.bin ???????在common/Makefile中加入如下代码： COBJS-$(CONFIG_BOOT_MENU) += cmd_menu.o ???????在include/configs/mini2440.h加入如代码： #define CONFIG_BOOT_MENU 1 ???????重新编译下载U-Boot就可以使用menu命令了 （5）menu命令执行的过程 ???????在U-Boot中输入“menu”命令执行时，U-Boot接收输入的字符串“menu”，传递给run_command函数。run_command函数调用common/command.c中实现的find_cmd函数在__u_boot_cmd_start与__u_boot_cmd_end间查找命令，并返回menu命令的cmd_tbl_t结构。然后run_command函数使用返回的cmd_tbl_t结构中的函数指针调用menu命令的响应函数do_menu，从而完成了命令的执行。 （编辑：李大同） 【声明】本站内容均来自网络，其相关言论仅代表作者个人观点，不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利，请及时与联系站长删除相关内容! |
