03Uboot移植分析.docx
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03Uboot移植分析
U-boot分析与移植
（1）----bootloader分析
一、BootLoader概念
就是在操作系统内核运行之前运行的一段小程序。
通过这段小程序，我们可以初始化硬件设备、建立内存空间的映射图，从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态，以便为最终调用操作系统内核准备好正确的环境，他就是所谓的引导加载程序（BootLoader）。
嵌入式软件在Flash存储器中的分布图
二、为什么需要BootLoader？
BootLoader的终极任务是引导操作系统，所谓引导操作系统，就是启动内核，在启动内核之前所需要的环境（如初始化sdram，设置cpu模式等，下面会介绍）都是由BootLoader来完成的。
试想一下，如果你要启动内核，让内核在内存上跑，但连sdram都没有初始化，这显然不行。
在s3c2440中，系统在上电或复位时通常都从地址0x00000000处开始执行，而在这个地址处安排的通常就是系统的BootLoader程序。
在x86的PC机上，BootLoader=BIOS+GRUB/LILO。
三、BootLoader的选择
有些人误认为BootLoader=U-Boot，其实BootLoader只是所有引导加载程序中的一个总称。
四、启动过程
S3C2440支持两种方式的启动：
NorFlash启动和NandFlash启动。
NorFlash和NandFlash都是非易失性存储器，NorFlash的特点是芯片内执行和不能直接写操作，程序可以直接在其中运行，而不必将程序读取到RAM中运行。
NorFlash虽然具有这个优点，但是它的性价比远低于NandFlash，因而很多系统采用NandFlash启动。
NandFlash的特点是采用非线性存储模式，程序无法在其中运行，它只能作为程序或数据的存储载体，存储在其中的程序只能先拷贝到RAM中才能运行。
从NorFlash启动时，与nGCS0相连的NorFlash就被映射到nGCS0片选的空间，其地址被映射为0x00000000；从NandFlash启动时，S3C2440芯片内部自带的一块容量为4K的被称为“Steppingstone”（“起步阶石”）的BootSRAM被映射到nGCS0片选的空间，其地址被映射为0x00000000。
当系统上电或复位时，程序会从0地址处开始执行，因此我们编写的启动代码要确保存储在0地址处。
当启动方式为NorFlash启动时，没有额外需要考虑的问题，因为这种情况下程序在系统启动前就存储在NorFlash中，我们只要保证将启动代码保存在NorFlash开始的位置即可，系统上电或复位时，0地址处的启动代码就会被执行。
在启动方式为NandFlash启动的情况下，系统启动前所有的程序存储在NandFlash中，系统的启动过程稍微有点复杂：
系统上电或复位时，0地址处为S3C2440内部自带的BootSRAM，启动前里面没有任何存储内容，启动后S3C2440先通过硬件机制将NandFlash前4K的内容拷贝至其中，然后再运行里面的程序（从0地址处）。
这种情况下我们需要保证将启动代码保存在NandFlash开始的位置，并且启动代码的大小要小于4K。
这就是我们的裸机程序为什么在nandflash能跑的原因。
我们用的bootloader一般大于4k，所以，我们把用汇编编写的在sram里面执行的过程称为stage1，实现最关键的初始化后，把bootloader代码从nandflash拷贝到sdram里。
此时在sdram里实现stage2，做更具体的初始化，最后启动内核，这个阶段一般用c语言来编写。
BootLoader的stage1通常包括以下步骤（以执行的先后顺序）：
∙硬件设备初始化（关看门狗，关中断，设置cpu时钟，初始化sdram，关闭CPU内部指令／数据cache）。
∙为加载BootLoader的stage2准备RAM空间。
∙拷贝BootLoader的stage2到RAM空间中。
∙设置好堆栈。
∙跳转到stage2的C入口点。
BootLoader的stage2通常包括以下步骤（以执行的先后顺序）：
∙初始化本阶段要使用到的硬件设备。
∙检测系统内存映射（memorymap）。
∙将kernel映像和根文件系统映像从flash上读到RAM空间中。
∙为内核设置启动参数。
∙调用内核。
U-boot分析与移植
（2）----U-bootstage1分析
我们要生成u-boot.bin文件，它首先依赖于很多.o文件和.lds链接脚本文件
我们只要找到对应的.lds链接脚本文件就可以分析u-boot的启动流程。
1、打开u-boot-1.1.6\u-boot-1.1.6\board\smdk2410\
打开链接脚本boot.lds看看：
OUTPUT_FORMAT（"elf32-littlearm","elf32-littlearm","elf32-littlearm"）
/*OUTPUT_FORMAT（"elf32-arm","elf32-arm","elf32-arm"）*/
OUTPUT_ARCH（arm）
ENTRY（_start）
SECTIONS
{
.=0x00000000;
.=ALIGN（4）;
.text :
{
cpu/arm920t/start.o （.text）
*（.text）
}
1）可以看见入口函数是_start
2）这个start代码放在cpu/arm920t/，就是start.S生成的start.o
2、打开u-boot-1.1.6\cpu\arm920t\start.S
.globl_start
_start:
b reset
ldr pc,_undefined_instruction
......
一开始跳到reset
reset:
设置CPUSVC32模式：
/*
*setthecputoSVC32mode
*/
mrs r0,cpsr
bic r0,r0,#0x1f /*clear0atlow5bit*/
orr r0,r0,#0xd3 /*set11010011*/
/*closeirq,fiq,atarmstate,atsupervisormode*/
msr cpsr,r0 /*writecpsr*/
IF为1，关闭FIQ,IRQ
T为0，ARM模式
M[4:
0]=10011，管理模式
关闭看门狗：
向pWTCON全写0
#ifdefined（CONFIG_S3C2400）||defined（CONFIG_S3C2410）
ldr r0,=pWTCON
mov r1,#0x0
str r1,[r0]
关闭所有中断：
但默认已经是关闭的
INTMSK写1，屏蔽对应的中断（默认1）
INTSUBMSK写1，屏蔽对应的二级中断（默认1）
/*
*maskallIRQsbysettingallbitsintheINTMR-default
*/
mov r1,#0xffffffff
ldr r0,=INTMSK
str r1,[r0]
#ifdefined（CONFIG_S3C2410）
ldr r1,=0x3ff
ldr r0,=INTSUBMSK
str r1,[r0]
#endif
设置时钟分频比：
/*FCLK:
HCLK:
PCLK=1:
2:
4*/
/*defaultFCLKis120MHz!
*/
ldr r0,=CLKDIVN
mov r1,#3
str r1,[r0]
接着跳入cpu系统初始化：
#ifndefCONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT
bl cpu_init_crit
#endif
在里面再跳入sdram初始化：
bl lowlevel_init
拷贝代码到SDRAM:
十分遗憾，这是给NOR FLASH用的
首先判断_start当前第一条代码位置，如果是在内存中，就不用代码重定位了
#ifndefCONFIG_SKIP_RELOCATE_UBOOT
relocate:
/*relocateU-BoottoRAM */
adr r0,_start /*r0<-currentpositionofcode */
ldr r1,_TEXT_BASE /*testifwerunfromflashorRAM*/
cmp r0,r1 /*don'trelocduringdebug */
beq stack_setup
ldr r2,_armboot_start
ldr r3,_bss_start
sub r2,r3,r2 /*r2<-sizeofarmboot */
add r2,r0,r2 /*r2<-sourceendaddress */
copy_loop:
ldmia r0!
{r3-r10} /*copyfromsourceaddress[r0] */
stmia r1!
{r3-r10} /*copyto targetaddress[r1] */
cmp r0,r2 /*untilsourceendaddreee[r2] */
ble copy_loop
#endif /*CONFIG_SKIP_RELOCATE_UBOOT*/
设置堆栈：
stack_setup:
ldr r0,_TEXT_BASE /*upper128KiB:
relocateduboot */
sub r0,r0,#CFG_MALLOC_LEN /*mallocarea */
sub r0,r0,#CFG_GBL_DATA_SIZE/*bdinfo */
还有设置中断stack
......
清bss段：
Bss段用来存放未初始化的全局变量和静态变量，在有操作系统的c编译器里默认为0.
但移植u-boot时，所有堆栈，清bss段都是人手设置，我们定义了一个bss段，把这个区域写0，
以后我们c函数运行时，就默认0了。
clear_bss:
ldr r0,_bss_start /*findstartofbsssegment */
ldr r1,_bss_end /*stophere */
mov r2,#0x00000000 /*clear */
clbss_l:
str r2,[r0] /*clearloop... */
add r0,r0,#4
cmp r0,r1
ble clbss_l
跳到c函数入口：
ldr pc,_start_armboot
_start_armboot:
.wordstart_armboot
第一阶段基本完成
ldr绝对跳转到_start_armboot函数入口
U-boot分析与移植（3）----U-bootstage2分析.
一来到voidstart_armboot（void）函数，马上出现两个很重要的数据结构gd_t和bd_t
1、gd_t :
global data数据结构定义，位于文件 include/asm-arm/global_data.h。
其成员主要是一些全局的系统初始化参数。
[cpp]viewplaincopyprint?
1.typedef struct global_data {
2. bd_t *bd; // struct board_info宋体;">指针，保存板子信息
3. unsigned long flags; // 宋体;">指示标志，如设备已经初始化标志等
4. unsigned long baudrate;
5. unsigned long have_console; /* serial_init（） was called */
6. unsigned long reloc_off; /* Relocation Offset */
7. unsigned long env_addr; /* Address of Environment struct 环境参数地址*/
8. unsigned long env_valid; /* Checksum of Environment valid?
*/
9. unsigned long fb_base; /* base address of frame buffer */
10.#ifdef CONFIG_VFD
11. unsigned char vfd_type; /* display type */
12.#endif
13.#if 0
14. unsigned long cpu_clk; /* CPU clock in Hz!
*/
15. unsigned long bus_clk;
16. unsigned long ram_size; /* RAM size */
17. unsigned long reset_status; /* reset status register at boot */
18.#endif
19. void **jt; /* jump table */
20.} gd_t;
2.、bd_t :
board info数据结构定义，位于文件 include/asm-arm/u-boot.h。
保存板子参数。
[cpp]viewplaincopyprint?
1.typedef struct bd_info {
2. int bi_baudrate; /* serial console baudrate */
3. unsigned long bi_ip_addr; /* IP Address */
4. unsigned char bi_enetaddr[6]; /* Ethernet adress */
5. struct environment_s *bi_env;
6. ulong bi_arch_number; /* unique id for this board 宋体;">板子Times New Roman;">ID宋体;">号*/
7. ulong bi_boot_params; /* where this board expects params */
8. struct /* RAM configuration */
9. {
10. ulong start;
11. ulong size;
12. } bi_dram[CONFIG_NR_DRAM_BANKS];
13.#ifdef CONFIG_HAS_ETH1
14. /* second onboard ethernet port */
15. unsigned char bi_enet1addr[6];
16.#endif
17.} bd_t;
分配一个存储全局数据的区域，地址给指针gd
[cpp]viewplaincopyprint?
1.gd = （gd_t*）（_armboot_start - CFG_MALLOC_LEN - sizeof（gd_t））;
清0并分配空间
[cpp]viewplaincopyprint?
1.memset （（void*）gd, 0, sizeof （gd_t））;
在gd前面的位置给 gd->bd赋值地址
[cpp]viewplaincopyprint?
1.gd->bd = （bd_t*）（（char*）gd - sizeof（bd_t））;
清0并分配空间
[cpp]viewplaincopyprint?
1.memset （gd->bd, 0, sizeof （bd_t））;
执行一系列初始化函数
[cpp]viewplaincopyprint?
1.for （init_fnc_ptr = init_sequence; *init_fnc_ptr; ++init_fnc_ptr） {
2. if （（*init_fnc_ptr）（） !
= 0） {
3. hang （）;
4. }
5. }
假如函数指针指向的函数返回值不为0，那么在hang（）里就会死循环，初始化失败
[cpp]viewplaincopyprint?
1.void hang （void）
2.{
3. puts （"### ERROR ### Please RESET the board ###\n"）;
4. for （;;）;
5.}
函数列表如下：
每个初始化函数正常情况下返回值是0
[cpp]viewplaincopyprint?
1.init_fnc_t *init_sequence[] = {
2. cpu_init, /* 初始化irq/fiq模式的栈*/
3. board_init, /* 设置系统时钟*/
4. interrupt_init, /*初始化定时器*/
5. env_init, /* 检查flash上的环境参数是否有效*/
6. init_baudrate, /* 初始化波特率*/
7. serial_init, /* 初始化串口*/
8. console_init_f, /*初始化串口控制台*/
9. display_banner, /* say that we are here */
接着进行一些NORFLASH,LCD,串口，控制台，sd卡，网卡等初始化，不一一列举了。
终于来到重要的时刻了--#
进入一个死循环
[cpp]viewplaincopyprint?
1.for （;;）
2.{
3. main_loop （）;
4.}
继续跟踪
发现在bootdelay时间内按下键进入命令行，用run_command来解析命令
[cpp]viewplaincopyprint?
1.#if defined（CONFIG_BOOTDELAY） && （CONFIG_BOOTDELAY >= 0）
2. s = getenv （"bootdelay"）;
3. bootdelay = s ?
（int）simple_strtol（s, NULL, 10） :
CONFIG_BOOTDELAY;
4.
5. debug （"### main_loop entered:
bootdelay=%d\n\n", bootdelay）;
如果CONFIG_BOOTDELAY已经定义，用s得到环境变量bootdelay，然后倒数启动内核
[cpp]viewplaincopyprint?
1.#ifdef CONFIG_BOOTCOUNT_LIMIT
2. if （bootlimit && （bootcount > bootlimit）） {
3. printf （"Warning:
Bootlimit （%u） exceeded. Using altbootcmd.\n",
4. （unsigned）bootlimit）;
5. s = getenv （"altbootcmd"）;
6. }
7. else
8.#endif /* CONFIG_BOOTCOUNT_LIMIT */
9. s = getenv （"bootcmd"）;
CONFIG_BOOTCOUNT_LIMIT是设置u-boot启动次数的限制
最后s=getenv（"bootcmd"）;获得启动参数
[cpp]viewplaincopyprint?
1.run_command （s, 0）;
启动命令解析
在run_command函数里最终执行命令
[cpp]viewplaincopyprint?
1./* OK - call function to do the command */
2.if （（cmdtp->cmd） （cmdtp, flag, argc, argv） !
= 0） {
3. rc = -1;
4.}
这是一个命令结构体，原型如下：
[cpp]viewplaincopyprint?
1.struct cmd_tbl_s {
2. char *name; /* Comma
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