U-boot源码简要分析(一)

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.c 和 interrupt.c 、 start.S 、 u-boot.lds 。 cpu.c 初始化 CPU 、设置指令 Cache 和数据 Cache 等 interrupt.c 设置系统的各种中断和异常 start.S 是 U-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_*.c 、 U-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、 LCD 、 Nand 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： FAT 、 JFFS2 、 EXT2 等 网络协议： NFS 、 TFTP 、 RARP 、 DHCP 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-Record 或 U-Boot 映像等相关工具，*** 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, 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, r0, 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, r0, #CONFIG_SYS_MALLOC_LEN /* malloc area */ sub r0, r0, #CONFIG_SYS_GBL_DATA_SIZE /* bdinfo */ #ifdef CONFIG_USE_IRQ sub r0, r0, #(CONFIG_STACKSIZE_IRQ+CONFIG_STACKSIZE_FIQ) #endif sub sp, r0, #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, 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, 0, r0, c7, c7, 0 /* flush v3/v4 cache */ mcr p15, 0, r0, c8, c7, 0 /* flush v4 TLB */ /* * disable MMU stuff and caches */ mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0 bic r0, r0, #0x00002300 @ clear bits 13, 9:8 (--V- --RS) bic r0, r0, #0x00000087 @ clear bits 7, 2:0 (B--- -CAM) orr r0, r0, #0x00000002 @ set bit 2 (A) Align orr r0, r0, #0x00001000 @ set bit 12 (I) I-Cache mcr p15, 0, r0, c1, c0, 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 /include/linux 目录下 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 。 这些和上面的一样，定义一个 4 字节的空间存放地址 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 系统时钟的寄存器地址定义 关闭看门狗 关闭所有中断 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 Flash 、 SDRAM 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） 对 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 bin 或 ELF 文件中不占空间。 编译器会计算出 _bss_start 和 _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， 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 Flash 、 SDRAM 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。