uboot简要分析、启动流程

本次移植使用的是U-boot-2009.11。

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，制作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。

现在我们再来看看lib_arm/board.c中的第二阶段入口函数start_armboot :

void start_armboot (void) { init_fnc_t **init_fnc_ptr; char *s; #if defined(CONFIG_VFD) || defined(CONFIG_LCD) unsigned long addr; #endif /* Pointer is writable since we allocated a register for it */ gd = (gd_t*)(_armboot_start - CONFIG_SYS_MALLOC_LEN - sizeof(gd_t)); /* compiler optimization barrier needed for GCC >= 3.4 */ __asm__ __volatile__("": : :"memory"); memset ((void*)gd, 0, sizeof (gd_t)); gd->bd = (bd_t*)((char*)gd - sizeof(bd_t)); memset (gd->bd, 0, sizeof (bd_t)); gd->flags |= GD_FLG_RELOC; 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 (); } } /* armboot_start is defined in the board-specific linker script */ mem_malloc_init (_armboot_start - CONFIG_SYS_MALLOC_LEN, CONFIG_SYS_MALLOC_LEN); #ifndef CONFIG_SYS_NO_FLASH /* configure available FLASH banks */ display_flash_config (flash_init ()); #endif /* CONFIG_SYS_NO_FLASH */ #ifdef CONFIG_VFD # ifndef PAGE_SIZE # define PAGE_SIZE 4096 # endif /* * reserve memory for VFD display (always full pages) */ /* bss_end is defined in the board-specific linker script */ addr = (_bss_end + (PAGE_SIZE - 1)) & ~(PAGE_SIZE - 1); vfd_setmem (addr); gd->fb_base = addr; #endif /* CONFIG_VFD */ #ifdef CONFIG_LCD /* board init may have inited fb_base */ if (!gd->fb_base) { # ifndef PAGE_SIZE # define PAGE_SIZE 4096 # endif /* * reserve memory for LCD display (always full pages) */ /* bss_end is defined in the board-specific linker script */ addr = (_bss_end + (PAGE_SIZE - 1)) & ~(PAGE_SIZE - 1); lcd_setmem (addr); gd->fb_base = addr; } #endif /* CONFIG_LCD */ #if defined(CONFIG_CMD_NAND) puts ("NAND: "); nand_init(); /* go init the NAND */ #endif #if defined(CONFIG_CMD_ONENAND) onenand_init(); #endif #ifdef CONFIG_HAS_DATAFLASH AT91F_DataflashInit(); dataflash_print_info(); #endif /* initialize environment */ env_relocate (); #ifdef CONFIG_VFD /* must do this after the framebuffer is allocated */ drv_vfd_init(); #endif /* CONFIG_VFD */ #ifdef CONFIG_SERIAL_MULTI serial_initialize(); #endif /* IP Address */ gd->bd->bi_ip_addr = getenv_IPaddr ("ipaddr"); stdio_init (); /* get the devices list going. */ jumptable_init (); #if defined(CONFIG_API) /* Initialize API */ api_init (); #endif console_init_r (); /* fully init console as a device */ #if defined(CONFIG_ARCH_MISC_INIT) /* miscellaneous arch dependent initialisations */ arch_misc_init (); #endif #if defined(CONFIG_MISC_INIT_R) /* miscellaneous platform dependent initialisations */ misc_init_r (); #endif /* enable exceptions */ enable_interrupts (); /* Perform network card initialisation if necessary */ #ifdef CONFIG_DRIVER_TI_EMAC /* XXX: this needs to be moved to board init */ extern void davinci_eth_set_mac_addr (const u_int8_t *addr); if (getenv ("ethaddr")) { uchar enetaddr[6]; eth_getenv_enetaddr("ethaddr", enetaddr); davinci_eth_set_mac_addr(enetaddr); } #endif #if defined(CONFIG_DRIVER_SMC91111) || defined (CONFIG_DRIVER_LAN91C96) /* XXX: this needs to be moved to board init */ if (getenv ("ethaddr")) { uchar enetaddr[6]; eth_getenv_enetaddr("ethaddr", enetaddr); smc_set_mac_addr(enetaddr); } #endif /* CONFIG_DRIVER_SMC91111 || CONFIG_DRIVER_LAN91C96 */ /* 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 #ifdef BOARD_LATE_INIT board_late_init (); #endif #ifdef CONFIG_GENERIC_MMC puts ("MMC: "); mmc_initialize (gd->bd); #endif #ifdef CONFIG_BITBANGMII bb_miiphy_init(); #endif #if defined(CONFIG_CMD_NET) #if defined(CONFIG_NET_MULTI) puts ("Net: "); #endif eth_initialize(gd->bd); #if defined(CONFIG_RESET_PHY_R) debug ("Reset Ethernet PHY\n"); reset_phy(); #endif #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 */ }

gd_t和 bd_t这两个数据结构比较重要，建议大家看看。 分配一个存储全局数据的区域，地址给指针 gd 全局数据的区清零 给 gd->bd（指针）赋值（在gd的前面）并清零 gd->flags 赋值，表示已经重定向（在内存中） monitor_flash_len为u-boot代码长度。 初始化循环： init_sequence 是一个初始化函数集的函数指针数组（后面讲解） 如果有任何一个函数失败就进入死循环。 这个始化函数集比较重要，建议大家认真跟踪一下。 初始化堆空间，清零。 初始化Nor Flash相关参数，并显示其大小。 初始化VFD存储区（LCD显示相关） 初始化LCD显存 初始化Nand Flash控制器，并显示其容量大小。 初始化OneNand 初始化 DataFlash 初始化环境变量，如果认为没有找到存储其中的，就用默认值并打印：“*** Warning - bad CRC, using default environment”。这是我们常看到的。 初始化 VFD（LCD显示相关） 初始化串口。 从环境变量里获取IP地址 初始化标准输入输出设备。比如：串口、LCD、键盘等等 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，gd->jt是这个函数指针数组的首指针。 初始化API，用于为U-boot编写的“应用程序” 初始化 console，平台无关，不一定是串口哦，如果把标准输出设为vga，字符会显示在LCD上。 平台相关的其他初始化，有的平台有 中断使能（一般不使用，很多平台此函数是空的） TI芯片中的内置MAC初始化（平台相关） 一种网卡芯片初始化（平台相关） 获取 bootfile参数 一些板级初始化（有的板子有） SD卡/MMC控制器初始化 MII相关初始化 网卡初始化 进入主循环，其中会读取bootdelay和bootcmd 在bootdelay时间内按下键进入命令行，否则执行bootcmd的命令。

标有红色的是比较重要的地方。
大致的U-boot启动流程就简单介绍到这。

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