Uboot 启动流程简介

来源：互联网发布：angular js 开发编辑：程序博客网时间：2024/04/30 18:10

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前面把内核的引导启动整理了~ 想想顺便把uboot也看看吧 = 3=

uboot版本 : 1.3.0-rc3 由朗成的weibing进行了修改以提供板子的nand引导启动功能
板子 : AT2440EVB

在分析启动代码之前先看一下S3C2440的NAND启动:
在配置NAND启动模式之后,S3C2440上电会先将NAND中的0x0 - 0x1000共4096字节的数据拷贝到位于Bank0中的Boot Internal SRAM上
Bank0如下图:

可以看出Boot Internal SRAM为4KB大小,也正是因为Boot Internal SRAM只有4KB大小,所以只能从NAND中拷贝4K的内容 = 3= 这个Boot Internal SRAM是配置为NAND FLASH启动模式才有的

这4K内容是什么呢?~ 这就要看Uboot的镜像文件中是如何进行连接的了~
连接脚本在board/smdk2440/u-boot.lds中,如下

SECTIONS { . = 0x00000000; . = ALIGN(4); .text : { cpu/arm920t/start.o (.text) cpu/arm920t/s3c24x0/nand_read.o (.text) *(.text) } . = ALIGN(4); .rodata : { *(.rodata) } . = ALIGN(4); .data : { *(.data) } . = ALIGN(4); .got : { *(.got) } . = .; __u_boot_cmd_start = .; .u_boot_cmd : { *(.u_boot_cmd) } __u_boot_cmd_end = .; . = ALIGN(4); __bss_start = .; .bss : { *(.bss) } _end = .; }

.text为代码段,可以看出cpu/arm920t/start.o在代码段的最前面,所以会先执行start.o中的代码

连接完成后的镜像文件的前4K如下

cpu/arm920t/start.o(.text) .text 0x33f80000 0x4e0 cpu/arm920t/start.o 0x33f80050 IRQ_STACK_START 0x33f80048 _bss_start 0x33f8004c _bss_end 0x33f80044 _armboot_start 0x33f80000 _start 0x33f80054 FIQ_STACK_START cpu/arm920t/s3c24x0/nand_read.o(.text) .text 0x33f804e0 0x1b8 cpu/arm920t/s3c24x0/nand_read.o 0x33f804e0 nand_read_ll *(.text) .text 0x33f80698 0x64 board/smdk2440/libsmdk2440.a(lowlevel_init.o) 0x33f8069c lowlevel_init .text 0x33f806fc 0x280 cpu/arm920t/libarm920t.a(interrupts.o) 0x33f80934 do_fiq 0x33f80880 do_undefined_instruction 0x33f80744 show_regs 0x33f80958 do_irq 0x33f80728 bad_mode 0x33f808c8 do_prefetch_abort 0x33f8070c disable_interrupts 0x33f80910 do_not_used 0x33f808ec do_data_abort 0x33f808a4 do_software_interrupt 0x33f806fc enable_interrupts .text 0x33f8097c 0x250 cpu/arm920t/s3c24x0/libs3c24x0.a(interrupts.o) 0x33f80aa4 set_timer 0x33f80a20 reset_timer 0x33f8097c interrupt_init 0x33f80ba0 get_tbclk 0x33f80a90 get_timer 0x33f809f0 reset_timer_masked 0x33f80a24 get_timer_masked 0x33f80ab4 udelay 0x33f80b10 udelay_masked 0x33f80bac reset_cpu 0x33f80b8c get_ticks .text 0x33f80bcc 0x150 cpu/arm920t/s3c24x0/libs3c24x0.a(speed.o) 0x33f80c4c get_HCLK 0x33f80cec get_PCLK 0x33f80c44 get_FCLK 0x33f80d14 get_UCLK .text 0x33f80d1c 0x1e8 cpu/arm920t/s3c24x0/libs3c24x0.a(cmd_s3c24xx.o) 0x33f80d8c do_s3c24xx .text 0x33f80f04 0xdc cpu/arm920t/s3c24x0/libs3c24x0.a(serial.o) 0x33f80f04 serial_setbrg 0x33f80fa8 serial_tstc 0x33f80f80 serial_putc 0x33f80f58 serial_init 0x33f80fb8 serial_puts 0x33f80f68 serial_getc .text 0x33f80fe0 0x140 lib_arm/libarm.a(_divsi3.o) 0x33f80fe0 __divsi3

如何设置从0x33f80000开始呢?~这是链接的时候指定的
在根目录下面的config.mk中有下面一句
LDFLAGS += -Bstatic -T $(LDSCRIPT) -Ttext $(TEXT_BASE) $(PLATFORM_LDFLAGS)
关键就是其中的-Ttext $(TEXT_BASE),这句指明了代码段的起始地址
而TEXT_BASE在board/smdk2440/config.mk中定义 TEXT_BASE = 0x33F8 0000
为什么是0x33F8 0000呢?~

这是将NAND中Uboot拷贝到RAM中的起始地址,所以在代码拷贝到RAM之前不能使用绝对地址来寻址数据,只能用相对地址

在以下将用虚拟地址来指Uboot在RAM中的地址,也就是0x33F8 0000

现在来看代码cpu/arm920t/start.S

_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

b start_code在虚拟地址0x33F8 0000处 , 拷贝到Boot Internal SRAM后则位于0x0处,所以b start_code是第一条执行的指令,

start_code在cpu/arm920t/start.S中
代码如下:

//读取CPSR寄存器的内容到R0 mrs r0,cpsr //清除R0中的0 - 4 这5个位后保存到R0中 //也就是清除用户模式位 bic r0,r0,#0x1f //置R0的0 1 4 6 7 位为真 //也就是选择SVC模式 //关闭中断和快速中断 orr r0,r0,#0xd3 //将R0中的值保存到CPSR上 msr cpsr,r0 # define pWTCON 0x53000000 # define INTMSK 0x4A000008 /* Interupt-Controller base addresses */ # define INTSUBMSK 0x4A00001C # define LOCKTIME 0x4c000000 # define MPLLCON 0x4c000004 # define UPLLCON 0x4c000008 # define CLKDIVN 0x4C000014 /* clock divisor register */ # define INTSUBMSK_val 0xffff # define MPLLCON_val ((184 << 12) + (2 << 4) + 2) /*406M*/ # define UPLLCON_val ((60 << 12) + (4 << 4) + 2) /* 47M */ # define CLKDIVN_val 7 /* FCLK:HCLK:PCLK = 1:3:6 */ # define CAMDIVN 0x4C000018 //取得看门狗寄存器的地址 ldr r0, =pWTCON //将R1寄存器清0 mov r1, #0x0 //将看门狗寄存器清0 str r1, [r0] /* * mask all IRQs by setting all bits in the INTMR - default */ //设R1寄存器为0xFFFF FFFF mov r1, #0xffffffff //读取中断屏蔽寄存器的地址 ldr r0, =INTMSK //将中断屏蔽寄存器中的位全设1,屏蔽所有中断 str r1, [r0] //# define INTSUBMSK_val 0xffff //设R1寄存器为0xFFFF ldr r1, =INTSUBMSK_val //读取辅助中断屏蔽寄存器的地址 ldr r0, =INTSUBMSK //将辅助中断屏蔽寄中的11个中断信号屏蔽掉 str r1, [r0] //# define LOCKTIME 0x4c000000 //读取PLL锁频计数器寄存器地址到R0中 ldr r0,=LOCKTIME //将R1设为0x00FF FFFF ldr r1,=0xffffff //M_LTIME为0xFFFF //U_LTIME为0x00FF str r1,[r0] /* FCLK:HCLK:PCLK = 1:2:4 */ /* default FCLK is 120 MHz ! */ //# define CLKDIVN 0x4C000014 /* clock divisor register */ //读取时钟分频寄存器的地址 ldr r0, =CLKDIVN //# define CLKDIVN_val 7 /* FCLK:HCLK:PCLK = 1:3:6 */ //将R1设为0x7 mov r1, #CLKDIVN_va //PDIVN - 1: PCLK has the clock same as the HCLK/2. //HDIVN - 11 : HCLK = FCLK/3 when CAMDIVN[8] = 0. // HCLK = FCLK/6 when CAMDIVN[8] = 1. str r1, [r0] /* Make sure we get FCLK:HCLK:PCLK = 1:3:6 */ //# define CAMDIVN 0x4C000018 //读取摄像头时钟分频寄存器的地址 ldr r0, =CAMDIVN //将R1设为0 mov r1, #0 //将摄像头时钟分频寄存器清0 str r1, [r0] /* Clock asynchronous mode */ //MRC p15, 0, Rd, c1, c0, 0 ; read control register //读取控制寄存器中的值到R1中 mrc p15, 0, r1, c1, c0, 0 //31 iA bit Asynchronous clock select //30 nF bit notFastBus select orr r1, r1, #0xc0000000 //MCR p15, 0, Rd, c1, c0, 0 ; write control register

//将R1中的值写到控制寄存器中 mcr p15, 0, r1, c1, c0, 0 //# define UPLLCON 0x4c000008 //读取UPLL设置寄存器的地址到R0中 ldr r0,=UPLLCON //# define UPLLCON_val ((60 << 12) + (4 << 4) + 2) /* 47M */ ldr r1,=UPLLCON_val //将R1中的值写入UPLL设置寄存器中 str r1,[r0] //ARM920T为5级流水线,需要至少5个周期来让指令生效 nop nop nop nop nop nop nop nop //读取MPLL设置寄存器的地址到R0中 ldr r0,=MPLLCON //# define MPLLCON_val ((184 << 12) + (2 << 4) + 2) /*406M*/ ldr r1,=MPLLCON_val //将R1中的值写入MPLL设置寄存器中 str r1,[r0] #define GPJCON 0x560000D0 #define GPJDAT 0x560000D4 #define GPJUP 0x560000D8 //跳转到cpu_init_crit处执行 //并将下一条指令的地址写入LR寄存器中 bl cpu_init_crit

cpu_init_crit在cpu/arm920t/start.S中
代码如下:

cpu_init_crit: /* * flush v4 I/D caches */ //将R0寄存器置0 mov r0, #0 //Invalidate ICache and DCache SBZ MCR p15,0,Rd,c7,c7,0 //禁止指令和数据cache mcr p15, 0, r0, c7, c7, 0 /* flush v3/v4 cache */ //Invalidate TLB(s) SBZ MCR p15,0,Rd,c8,c7,0 mcr p15, 0, r0, c8, c7, 0 /* flush v4 TLB */ /* * disable MMU stuff and caches */ //MRC p15, 0, Rd, c1, c0, 0 ; read control register mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0 //清除[8] [9] [13] 这3个位 //8 - System protection //9 - ROM protection //13 - Base location of exception registers - 0 = Low addresses = 0x00000000. bic r0, r0, #0x00002300 // clear bits 13, 9:8 (--V- --RS) //清除[0] [1] [2] [7] 这4个位 // 0 - MMU enable - 0 = MMU disabled. // 1 - Alignment fault enable - 0 = Fault checking disabled. // 2 - DCache enable - 0 = DCache disabled. // 7 - Endianness - 0 = Little-endian operation. bic r0, r0, #0x00000087 // clear bits 7, 2:0 (B--- -CAM) //设置位[1]为真 // 1 - Alignment fault enable - 1 = Fault checking enabled. orr r0, r0, #0x00000002 // set bit 2 (A) Align //设置位[12]为真 //12 - ICache enable - 1 = ICache enabled. orr r0, r0, #0x00001000 // set bit 12 (I) I-Cache //MCR p15, 0, Rd, c1, c0, 0 ; write control register mcr p15, 0, r0, c1, c0, 0 //将返回地址保存到IP中 mov ip, lr //跳转到lowlevel_init中执行 bl lowlevel_init

cpu_init_crit在cpu/arm920t/start.S中
代码如下:

.globl lowlevel_init //读取下面标号为SMRDATA处的地址到R0中 ldr r0, =SMRDATA //读取上面标号为_TEXT_BASE处的地址内容到R1中 //也就是取得TEXT_BASE的值到R1中 ldr r1, _TEXT_BASE //计算SMRDATA的相对地址保存到R0中 //SMRDATA为虚拟地址,而TEXT_BASE为虚拟地址的起始地址 //而现在Uboot的起始地址并不为虚拟地址 //TEXT_BASE为0x33F8 0000,SMRDATA为0x33F8 06C8 //而现在程序运行在起始地址为0x0000 0000的地方 //所以需要计算以0x0000 0000为标准的相对地址 sub r0, r0, r1 //取得带宽与等待状态控制寄存器地址到R1中 ldr r1, =BWSCON /* Bus Width Status Controller */ //一共需要设置13个寄存器,每个寄存器4字节 add r2, r0, #13*4 0: //读取R0所指的项的值到R3中后R0自加4字节 ldr r3, [r0], #4 //将R3中的值保存到R1所指的地址中后R1自加4字节 str r3, [r1], #4 //比较R0和R2是否相等,相等则说明13个寄存器全部设置完毕 cmp r2, r0 //不等则跳转到上面标号为0处的地址继续执行 bne 0b //跳回到返回地址中继续执行 mov pc, lr .ltorg /* the literal pools origin */ SMRDATA: .word (0+(B1_BWSCON<<4)+(B2_BWSCON<<8)+(B3_BWSCON<<12)+(B4_BWSCON<<16)+(B5_BWSCON<<20)+(B6_BWSCON<<24)+(B7_BWSCON<<28)) .word ((B0_Tacs<<13)+(B0_Tcos<<11)+(B0_Tacc<<8)+(B0_Tcoh<<6)+(B0_Tah<<4)+(B0_Tacp<<2)+(B0_PMC)) .word ((B1_Tacs<<13)+(B1_Tcos<<11)+(B1_Tacc<<8)+(B1_Tcoh<<6)+(B1_Tah<<4)+(B1_Tacp<<2)+(B1_PMC)) .word ((B2_Tacs<<13)+(B2_Tcos<<11)+(B2_Tacc<<8)+(B2_Tcoh<<6)+(B2_Tah<<4)+(B2_Tacp<<2)+(B2_PMC)) .word ((B3_Tacs<<13)+(B3_Tcos<<11)+(B3_Tacc<<8)+(B3_Tcoh<<6)+(B3_Tah<<4)+(B3_Tacp<<2)+(B3_PMC)) .word ((B4_Tacs<<13)+(B4_Tcos<<11)+(B4_Tacc<<8)+(B4_Tcoh<<6)+(B4_Tah<<4)+(B4_Tacp<<2)+(B4_PMC)) .word ((B5_Tacs<<13)+(B5_Tcos<<11)+(B5_Tacc<<8)+(B5_Tcoh<<6)+(B5_Tah<<4)+(B5_Tacp<<2)+(B5_PMC)) .word ((B6_MT<<15)+(B6_Trcd<<2)+(B6_SCAN)) .word ((B7_MT<<15)+(B7_Trcd<<2)+(B7_SCAN)) .word ((REFEN<<23)+(TREFMD<<22)+(Trp<<20)+(Trc<<18)+(Tchr<<16)+REFCNT) .word 0x32 .word 0x30 .word 0x30

执行mov pc, lr后将返回到cpu_init_crit中
剩下来还有2条指令

//恢复返回地址到LR mov lr, ip //跳转到返回地址 mov pc, lr

执行完毕之后将返回到start_code中执行接下来的代码
代码如下:

//#define GPJCON 0x560000D0 //取得J端口控制寄存器的地址到R0中 LDR R0, = GPJCON //将R1设置为0x1 5555 LDR R1, = 0x15555 //将R1中的值保存到J端口控制寄存器 //GPJ0 - 01 - Output //GPJ1 - 01 - Output //GPJ2 - 01 - Output //GPJ3 - 01 - Output //GPJ4 - 01 - Output STR R1, [R0] //#define GPJUP 0x560000D8 //取得J端口上拉功能寄存器的地址到R0中 LDR R0, = GPJUP //将R1设置为0x1F LDR R1, = 0x1f //将R1中的值保存到J端口上拉功能寄存器 //禁止GPJ0 - GPJ4的上拉功能 STR R1, [R0] //#define GPJDAT 0x560000D4 //取得J端口数据寄存器的地址到R0中 LDR R0, = GPJDAT //将R1设为0x0 LDR R1, = 0x00 //将R1中的值保存到J端口数据寄存器 //将J端口数据寄存器清0 STR R1, [R0] //下面是NAND数据拷贝过程 //relocate: copy_myself: //#define S3C2440_NAND_BASE 0x4E000000 //取得Nand Flash设置寄存器的地址 mov r1, #S3C2440_NAND_BASE //将R2设为0xFFF0 ldr r2, =0xfff0 // initial value tacls=3,rph0=7,rph1=7 //#define oNFCONF 0x00 //读取Nand Flash设置寄存器中的值到R3中 ldr r3, [r1, #oNFCONF] //将R3或上R2后保存到R3中 orr r3, r3, r2 //将R3中的值保存到Nand Flash设置寄存器中 //TWRPH0 - 111 - Duration = HCLK * (TWRPH0 + 1) //TACLS - 11 - Duration = HCLK * TACLS str r3, [r1, #oNFCONF] //#define oNFCONT 0x04 //读取Nand Flash控制寄存器中的值到R3中 ldr r3, [r1, #oNFCONT] //将R3的[0]位置1 orr r3, r3, #1 // enable nand controller //将R3中的值保存到Nand Flash控制寄存器中 //Mode - 1:Nand Flash Controller Enable str r3, [r1, #oNFCONT] //读取虚拟起始地址到R0中 ldr r0, _TEXT_BASE /* upper 128 KiB: relocated uboot */ //预留malloc所需要的空间 sub r0, r0, #CFG_MALLOC_LEN /* malloc area */ //预留bdinfo所需要的空间 sub r0, r0, #CFG_GBL_DATA_SIZE /* bdinfo */ //预留中断和快速中断向量表空间 sub r0, r0, #(CONFIG_STACKSIZE_IRQ+CONFIG_STACKSIZE_FIQ) //预留12字节给中断栈 sub sp, r0, #12 /* leave 3 words for abort-stack */ // copy u-boot to RAM //读取虚拟起始地址到R0中,作为目标地址 ldr r0, _TEXT_BASE //将R1设为0,作为源地址 mov r1, #0x0 //将UBOOT大小的值保存在R2中,作为数据大小 mov r2, #CFG_UBOOT_SIZE //跳转到nand_read_ll处执行 //并将下一条指令的地址保存在LR中 bl nand_read_ll

nand_read_ll的原型为
int nand_read_ll(unsigned char *buf, unsigned long start_addr, int size)
之前设置的R0 R1 R2为它的3个参数
R0 - buf
R1 - start_addr
R2 - size

nand_read_ll的代码在cpu/arm920t/s3c24x0/nand_read.c中

int nand_read_ll(unsigned char *buf, unsigned long start_addr, int size) { int i, j; //检测源地址和大小是否在NandFlash的边界上 if ((start_addr & NAND_BLOCK_MASK) || (size & NAND_BLOCK_MASK)) //不在边界上则返回-1表示出错 return -1; /* invalid alignment */ /* chip Enable */ // #define nand_select() (NFCONT &= ~(1 << 1)) //置NAND Flash控制寄存器中除Reg_nCE外所有的位为1 //Reg_nCE - NAND FLASH Memory nFCE signal control //0 - Force nFCE to low (Enable chip select) nand_select(); // #define nand_clear_RnB() (NFSTAT |= (1 << 2)) //置NAND Flash操作状态寄存器中的RnB_TransDetect位为1 //When RnB low to high transition is occurred, this value set and issue interrupt if enabled. //To clear this value write '1' //1: RnB transition is detected nand_clear_RnB(); for (i=0; i<10; i++); //从源地址的首地址开始历便所要拷贝的数据大小 for (i=start_addr; i < (start_addr + size);) { //检测地址是否在NAND Flash的边界上 if (start_addr % NAND_BLOCK_SIZE == 0) { //检测是否为坏块 if (is_bad_block(i)) { /* Bad block */ //向后延伸一个存储块 i += NAND_BLOCK_SIZE; size += NAND_BLOCK_SIZE; //跳到下一块 continue; } } j = nand_read_page_ll(buf, i); //指向下一块 i += j; buf += j; // LED_FLASH(); } /* chip Disable */ // #define nand_deselect() (NFCONT |= (1 << 1)) //置Reg_nCE位为1 //NAND Flash Memory nFCE signal control //1: Force nFCE to High(Disable chip select) nand_deselect(); return 0; }

nand_read_ll将Uboot从NAND中拷贝到RAM中

拷贝完成后将返回到start_code
接下来的代码如下:

//检测R0是否为0,R0为nand_read_ll的返回值 tst r0, #0x0 //为0则说明无错,跳转到ok_nand_read处执行 beq ok_nand_read ok_nand_read: //将R0设为0 mov r0, #0 //ldr r1, =0x33f00000 //将R1设为虚拟地址起始处 ldr r1, _TEXT_BASE //检测0x400个字节 mov r2, #0x400 // 4 bytes * 1024 = 4K-bytes go_next: //读取R0处地址的数据到R3中 //然后R0自加4字节 ldr r3, [r0], #4 //读取R1处地址的数据到R4中 //然后R1自加4字节 ldr r4, [r1], #4 //比较R3和R4的数据是否相等 //也就是检测Boot Internal SRAM和RAM中的数据是否相等 //以保证数据无错 teq r3, r4 //不等则跳转到notmatch bne notmatch //相等则R2自减4 subs r2, r2, #4 //当R2为0则跳转到done_nand_read beq done_nand_read //R2不为0则跳转回go_next继续检测 bne go_next done_nand_read: LDR R0, = GPJDAT LDR R1, = 0x2 STR R1, [R0]stack_setup: //读取虚拟起始地址到R0中 ldr r0, _TEXT_BASE /* upper 128 KiB: relocated uboot */ //预留malloc所需要的空间 sub r0, r0, #CFG_MALLOC_LEN /* malloc area */ //预留bdinfo所需要的空间 sub r0, r0, #CFG_GBL_DATA_SIZE /* bdinfo */ //预留中断和快速中断向量表空间 sub r0, r0, #(CONFIG_STACKSIZE_IRQ+CONFIG_STACKSIZE_FIQ) //预留12字节给中断栈 sub sp, r0, #12 /* leave 3 words for abort-stack */ clear_bss: //读取BSS段的起始地址 ldr r0, _bss_start /* find start of bss segment */ //读取BSS段的结束地址 ldr r1, _bss_end /* stop here */ //将R2设为0x0 mov r2, #0x00000000 /* clear */ clbss_l: //将R2中的值保存在R0所指的地址 str r2, [r0] /* clear loop... */ //R0自加4字节 add r0, r0, #4 //比较R0和R1是否相等 cmp r0, r1 //不等则说明清0还没结束 ble clbss_l LDR R0, = GPJDAT LDR R1, = 0x1 STR R1, [R0] //跳转到start_armboot处执行 ldr pc, _start_armboot

_start_armboot: .word start_armboot

这里start_armboot是一个绝对地址,在朗成所修改的这个Uboot中为0x33F8 13F4
执行ldr pc, _start_armboot之后将会跳到RAM中的绝对地址继续执行

整理了一个流程图,分为3个存储器:
1 Boot Internal SRAM , 接在BANK0,起始地址为0x0
2 RAM , 接在BANK6,起始地址为0x3000 0000
3 NAND FLASH,为单独寻址
流程如下图:

红字为流程序号:
1. 首先将NAND FLASH中的前0x1000字节内容拷贝到Boot Internal SRAM中
2. 从Boot Internal SRAM的0x0地址处开始执行指令
3. 将Uboot从Flash拷贝到RAM中
4. 执行ldr pc, _start_armboot
从Boot Internal SRAM中跳转到RAM中的绝对地址0x33F8 13F4处继续执行

在汇编中,像这样的代码

mcr p15, 0, r0, c7, c7, 0

为操作协处理器

详细的操作可以看ARM920T Technical Reference Manual

还有就是关于端口J的操作~

我看了一下AT2440EVB的原理图,端口J是连接到了Camera上,不知道具体有什么用处了~ -_- 又不是操作LED

如果有哪里写错了请大家一定要指出 = 3=)/