uboot代码简要分析

来源：互联网发布：windows 任务计划程序编辑：程序博客网时间：2024/05/16 19:51

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

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:strr2, [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

/* 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。