U-boot在开发板上移植过程详解(3)---U-boot实现源码分析(第二阶段)

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U-boot的第二阶段和bootloader所完成的功能基本上是一致的，只是顺序上有点差别。另外，u-boot在启动内核之前可以让用户决定是否进入下载模式，即进入u-boot的控制界面。

第二阶段是从lib_arm/board.c中的start_armboot函数开始的。移植u-boot的主要工作在于对硬件的初始化，驱动。这里就重点按照硬件的操作上。

(1)初始化本阶段要用到的硬件设备

这里最重要的是设置系统时钟，初始化串口，只要这两个设置好了，就可以从串口看到打印信息。board_init函数设置MPLL、改变系统时钟，它是开发板相关的函数，在board/samsung/smdk2440/smdk2440.c中实现。值得注意的是board_init函数还保存了机器类型ID，这将在调用内核的时候传递给内核。

串口的初始化函数主要是serial_init,它设置UART控制器，是CPU的相关函数，在cpu/arm920t/s3c2440/serial.c中实现。

(2)检测系统内存映射

对于特定的开发板，器内存的分布是明确的，所以可以直接设置。board/smdk2410/smdk2410.c中的dram_init函数指定了本开发板的内存起始地址为0x300

00000,大小为0x40000000.代码如下:

int dram_init(void) { //这两个值都定义在include/configs/smdk2440.h中 gd->bd->bi_dram[0] . start = PHYS_SDRAM_1; //即0x30000000 gd->bd->bi_dram[0].size = PHYS_SDRAM_1_SIZE; //即0x04000000 return 0; }

这些设置的参数，将在后面向内核传递参数时用到。

(3)U-boot命令实现

我们已经知道，即使是内核的启动，也是通过U-boot命令来实现的。u-boot中的每个命令都通过U-BOOT-CMD宏(在include/command.h)来定义，格式如下：

U_BOOT_CMD(name, maxargs, repeatable, command, “usage”, "help”) 各项参数说明如下： name:命令的名字，注意，它不是一个字符串(不要用双引号括起来) maxargs：最大的参数个数 repeatable：命令是否可重复，可重复是指运行一个命令后，下次敲回车即可再次运行 command：对应的函数指针，类型为(*cmd)(struct cmd_tbl_s *, int, int, char *[]) usage:简短的使用说明，这是个字符串

下面以bootm命令来说明，它有如下定义：

U_BOOT_CMD( bootm, CFG_MAXARGS, 1, do_bootm, "string1”, "string2" );

利用U_BOOT_CMD的宏展开后的命令如下

cmd_tbl_t __u_boot_cmd_boot __attribute__ ((unused, section(".u_boot_cmd"))) = { "bootm", CFG_MAXARGS, 1, do_bootm, "string1", “string2”};

对于每个使用U_BOOT_CMD宏来定义的命令，其实都是在".u_boot_cmd"段中定义一个cmd_tbl_t结构,如下：

struct cmd_tbl_s { char *name; //命名名称 int maxargs; //最大参数个数 int repeatable; //是否允许自动重复 int (*cmd)(struct cmd_tbl_s *, int, int, char *[]); //实现函数 char *usage; //帮助信息(短) char *help; //帮助信息（长） }; typedef struct cmd_tbl_s cmd_tbl_t;

在u-boot的链接脚本board/smdk2410/u-boot.lds中有如下定义：

__u_boot_cmd_start = .; .u_boot_cmd : { *(.u_boot_cmd) } __u_boot_cmd_end = .;

在程序中就是根据命令的名字在内存段__u_boot_cmd_start~__u_boot_cmd_end找到它的cmd_tbl_t结构，然后调用它的函数(请参考common/comm

and.c中的find_cmd函数)。

(4)引导内核的实现

U-boot也是通过标记列表向内核传递参数的。ARM Linux内核对bootloader的引导功能有一定要求，在执行内核代码前必须设置下列条件：

& 对CPU寄存器的设置为R0=0, R1=机器类型ID，R2=引导参数列表的地址

& 必须禁止中断(IRQ与FIQ)

& CPU必须处于SVC模式

& MMU必须关闭

& 数据缓存必须关闭

现在linux虽然支持两种格式的引导参数，这里主要介绍最常用的新的方式---即上面所说的标记列表的,这种方式灵活，且对参数的描述更细致。

标签列表的每个标签由标签头和标签体组成。标签头说明这个标签的大小(单位是整数不是字节)以及这个标签的类型。类型是由内核定义好的一个数字。标签头用一个结构体struct tag_header表示，如下：

struct tag_header{ u32 size; u32 tag; };

在标签头之后，根据标签的类型，所需的标签体也是不同的。标签列表的结束由一个特殊的标签类型ATAG_NONE标志，它没有标签体。

比较重要的两个标签类型是ATAG_MEM(设置内存信息)和ATAG_CMDLINE(用来传递命令行参数，即U-boot的bootargs变量的内容)，这里列出来，需要的请大家查看google。下面给出一些小细节：

&u-boot源码中给出了一些设置标签列表的源代码，放在文件lib_arm/armlinux.c中，方法是先定义一个全局变量static struct tag *params,其中这个结构体的类型是一个将所有标签类型组合在一起的结构体,如下所示：

struct tag { struct tag_header hdr; union { struct tag_corecore; struct tag_mem32mem; struct tag_videotextvideotext; struct tag_ramdiskramdisk; struct tag_initrdinitrd; struct tag_serialnrserialnr; struct tag_revisionrevision; struct tag_videolfbvideolfb; struct tag_cmdlinecmdline; struct tag_acornacorn; struct tag_memclkmemclk; } u; };

所有标签的头格式都是相同的，只是标签体不同，因此用联合体的方式将它们组合在一起。下面就是设置起始标签的函数代码：

static void setup_start_tag (bd_t *bd) { params = (struct tag *) bd->bi_boot_params; 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); }

在这个函数中，首先将变量params的值设为标签列表的开始地址，然后逐个设置标签中的成员，最后params变量的值将指向下一个标签应该设置的地址。其中，tag_size是一个宏，用来得到标签的大小。最后，用于设置标签列表结束的函数如下：

static void setup_end_tag (bd_t *bd) { params->hdr.tag = ATAG_NONE; params->hdr.size = 0; }

对于ARM架构的CPU，都是通过lib_arm/armlinux.c中的do_bootm_linxu函数来启动内核的，方法如下：

首先，获得内核映像的入口地址：

theKernel = (void (*)(int, int, uint))ntohl(hdr->ih_ep);

这样theKernel就指向内核存放的地址(对于ARM架构的CPU,通常是0x30008000),这里的hdr指向内核U-boot映像头部数据的指针，而hdr->ih_ep就是内核的入口地址，最后用下述代码调用内核：

theKernel (0, bd->bi_arch_number, bd->bi_boot_params);

这里的bd->bi_arch_number就是前面board_init函数设置的机器类型ID, bd->bi_boot_params就是标记列表的开始地址。根据ATPCS调用约定，上述函数的三个函数分别放在寄存器R0,R1,R2中，这样就实现了内核要求的入口条件。

讲到这里，有关的U-boot的关键源码分析分析部分就完成了，下次开始就来U-boot移植的实践操作篇。