uboot分析之旅

首先给出uboot源码下载地址： http://www.icdev.com.cn/batch.viewlink.php?itemid=1694 

1、uboot功能：

1、硬件相关的初始化关看门狗、初始化时钟、初始化SDRAM（为了开发方便还需要加入以下功能：烧写flash、支持网卡、支持usb、支持串口）2、从flash读出内核 3、启动内核 

2、分析

（1）顶层makefile

我们先从顶层makefile来分析，在使用make编译之前我们会先选择板级配置，比如make smdk2410_config。它对应着顶层makefile中的：

smdk2410_config : unconfig

@$(MKCONFIG) $(@:_config=) arm arm920t smdk2410 NULL s3c24x0

也就是说当运行命令make smdk2410_config时，就相当于执行@$(MKCONFIG) $(@:_config=) arm arm920t smdk2410 NULL s3c24x0

下面我们对@$(MKCONFIG) $(@:_config=) arm arm920t smdk2410 NULL s3c24x0来深入分析一下：

MKCONFIG：我们在makefile文件中找到下一行代码：MKCONFIG:= $(SRCTREE)/mkconfig，它代表源码树下面的mkconfig文件，我们确实在顶层目录发现了mkconfig文件。那我们就知道MKCONFIG就是执行顶层目录的mkconfig文件里的命令。

$(@:_config=)：就是将smdk2410_config中的_config替换为空，变成了smdk2410

因此make smdk2410_config这一命令的真实效果就是：./mkconfig smdk2410 arm arm920t smdk2410 NULL s3c24x0

（2）顶层mkconfig

基于（1）我们现在就是要来分析./mkconfig smdk2410 arm arm920t smdk2410 NULL s3c24这个命令

首先是顶层mkconfig，我们来分析一下它的作用：

#!/bin/sh -e

# Script to create header files and links to configure

# U-Boot for a specific board.

#

# Parameters:  Target  Architecture  CPU  Board [VENDOR] [SOC]

#

# (C) 2002-2006 DENX Software Engineering, Wolfgang Denk <[e-mail]>

#

APPEND=no # Default: Create new config file

BOARD_NAME="" # Name to print in make output

/*判断有没有--、-a、-n、*这些参数，因为我们没有，所以不用分析*/

while [ $# -gt 0 ] ; do

case "$1" in

--) shift ; break ;;

-a) shift ; APPEND=yes ;;

-n) shift ; BOARD_NAME="${1%%_config}" ; shift ;;

*)  break ;;

esac

done

[ "${BOARD_NAME}" ] || BOARD_NAME="$1"//确定开发版BOARD_NAME，$1表示第一个参数（$0表示第0个参数）

[ $# -lt 4 ] && exit 1  //$#表示参数的个数，小于4个会退出，大于6个也会退出

[ $# -gt 6 ] && exit 1

echo "Configuring for ${BOARD_NAME} board..."//回显这句话

#

# Create link to architecture specific headers

#

if [ "$SRCTREE" != "$OBJTREE" ] ; then         //见注释1

mkdir -p ${OBJTREE}/include

mkdir -p ${OBJTREE}/include2

cd ${OBJTREE}/include2

rm -f asm

ln -s ${SRCTREE}/include/asm-$2 asm

LNPREFIX="../../include2/asm/"

cd ../include

rm -rf asm-$2

rm -f asm

mkdir asm-$2

ln -s asm-$2 asm

else

cd ./include  //进入include文件

rm -f asm     //删除asm

ln -s asm-$2 asm //建立一个连接文件asm，并使它指向asm-arm，第二个参数为arm，这样做的原因请参考注释2

fi

rm -f asm-$2/arch

/*如果第六个参数为空或者等于NULL，显然我们不满足*/

if [ -z "$6" -o "$6" = "NULL" ] ; then

ln -s ${LNPREFIX}arch-$3 asm-$2/arch

else

ln -s ${LNPREFIX}arch-$6 asm-$2/arch //LNPREFIX没有定义，所以这句话的意思就是，在asm-arm目录下建立arch文件并使其指向arch-                                                                                   //s3c24x0

fi

/*显然成立*/

if [ "$2" = "arm" ] ; then

rm -f asm-$2/proc //删除asm-arm/proc

ln -s ${LNPREFIX}proc-armv asm-$2/proc //在asm-arm下建立proc文件，并使其指向proc-armv

fi

#

# Create include file for Make

#

echo "ARCH   = $2" >  config.mk//创建config.mk文件，并把ARCH=arm追加进文件里

echo "CPU    = $3" >> config.mk//把CPU=arm920t追加进config.mk文件里

echo "BOARD  = $4" >> config.mk//把BOARD=sdmk2410追加进config.mk文件里

[ "$5" ] && [ "$5" != "NULL" ] && echo "VENDOR = $5" >> config.mk//$5为NULL，显然不成立

[ "$6" ] && [ "$6" != "NULL" ] && echo "SOC    = $6" >> config.mk//把SOC=s3c24x0追加进config.mk文件里

#

# Create board specific header file：创建单板相关的头文件

#

if [ "$APPEND" = "yes" ]# Append to existing config file

then

echo >> config.h

else

> config.h# Create new config file：新建config.h文件

fi

echo "/* Automatically generated - do not edit */" >>config.h

echo "#include <configs/$1.h>" >>config.h//将#include<configs/arm920t.h>追加进文件config.h

exit 0

注释1：

OBJTREE := $(if $(BUILD_DIR),$(BUILD_DIR),$(CURDIR))//如果定义了BUILD_DIR，OBJTREE=BUILD_DIR，否则OBJTREE=CURDIR

SRCTREE := $(CURDIR)

显然OBJTREE和SRCTREE有可能相等，也有可能不相等，我们假设不相等先将其略过

注释2：我们在头文件里如果有这么一行：#include<asm/type.h>就相当于#include<asm-arm/type.h>，以适应不同的体系结构。

注释3：我们来总结一下在mkconfig文件里完成了那些工作

（1）开发版名称BOARD_NAME等于$1

（2）创建到平台/开发版相关的头文件的链接

（3）创建顶层Makefile包含的文件：include/config.mk

（4）创建开发版相关的头文件include/config.h

以上四点就是总结

（3）回到顶层makefile

当我们执行编译命令make时，肯定也是依据makefile来进行编译的，所以还要从头来分析makefile文件，引文makefile文件比较大，我们分析其中比较重要的部分：

117  include $(OBJTREE)/include/config.mk//我们在配置的时候创建了这个文件，这里就用到了

124  ifeq ($(ARCH),arm)

125  CROSS_COMPILE = arm-linux- //不用解释了吧

169  OBJS  = cpu/$(CPU)/start.o //即OBJS  = cpu/arm920t/start.o

193  LIBS  = lib_generic/libgeneric.a //将lib_generic文件夹下的libgeneric.a 打包为库，下同

194  LIBS += board/$(BOARDDIR)/lib$(BOARD).a

195  LIBS += cpu/$(CPU)/lib$(CPU).a

239  ALL = $(obj)u-boot.srec $(obj)u-boot.bin $(obj)System.map $(U_BOOT_NAND)//我们的目的是生成u-boot.bin

241  all:$(ALL)//在make时如果不指定目标，就会执行这一行

249  $(obj)u-boot.bin:$(obj)u-boot //u-boot.bin依赖于u-boot

250   $(OBJCOPY) ${OBJCFLAGS} -O binary $< $@

/*这里面的_OBJS、_LIBS就是上面出现的那些目标和库*/

262       $(obj)u-boot:depend version $(SUBDIRS) $(OBJS) $(LIBS) $(LDSCRIPT)

263   UNDEF_SYM=`$(OBJDUMP) -x $(LIBS) |sed  -n -e 's/.*\(__u_boot_cmd_.*\)/-u\1/p'|sort|uniq`;\

264   cd $(LNDIR) && $(LD) $(LDFLAGS) $$UNDEF_SYM $(__OBJS) \

265   --start-group $(__LIBS) --end-group $(PLATFORM_LIBS) \

266   -Map u-boot.map -o u-boot

我们看到这些代码真实TM的难懂，不过韦老师告诉我们make编译的话，最后的输出信息可以帮助我们理解以上代码，那好，我们make后将最后的输出信息贴出来：

UNDEF_SYM=`arm-linux-objdump -x lib_generic/libgeneric.a board/smdk2410/libsmdk2410.a cpu/arm920t/libarm920t.a cpu/arm920t/s3c24x0/libs3c24x0.a lib_arm/libarm.a fs/cramfs/libcramfs.a fs/fat/libfat.a fs/fdos/libfdos.a fs/jffs2/libjffs2.a fs/reiserfs/libreiserfs.a fs/ext2/libext2fs.a net/libnet.a disk/libdisk.a rtc/librtc.a dtt/libdtt.a drivers/libdrivers.a drivers/nand/libnand.a drivers/nand_legacy/libnand_legacy.a drivers/sk98lin/libsk98lin.a post/libpost.a post/cpu/libcpu.a common/libcommon.a |sed  -n -e 's/.*\(__u_boot_cmd_.*\)/-u\1/p'|sort|uniq`;\

                cd /home/lht/fl2440/u-boot-1.1.6 && arm-linux-ld -Bstatic -T /home/lht/fl2440/u-boot-1.1.6/board/smdk2410/u-boot.lds -Ttext 0x33F80000  $UNDEF_SYM cpu/arm920t/start.o           /*链接文件依赖于链接脚本u-boot.lds和原材料（即start.o和下面的库文件）*/       

                        --start-group lib_generic/libgeneric.a board/smdk2410/libsmdk2410.a cpu/arm920t/libarm920t.a cpu/arm920t/s3c24x0/libs3c24x0.a lib_arm/libarm.a fs/cramfs/libcramfs.a fs/fat/libfat.a fs/fdos/libfdos.a fs/jffs2/libjffs2.a fs/reiserfs/libreiserfs.a fs/ext2/libext2fs.a net/libnet.a disk/libdisk.a rtc/librtc.a dtt/libdtt.a drivers/libdrivers.a drivers/nand/libnand.a drivers/nand_legacy/libnand_legacy.a drivers/sk98lin/libsk98lin.a post/libpost.a post/cpu/libcpu.a common/libcommon.a --end-group -L /usr/local/arm/3.4.1/lib/gcc/arm-linux/3.4.1 -lgcc 

                        -Map u-boot.map -o u-boot//输出u-boot

综上来说就是链接脚本描述如何组织原材料，链接脚本生成链接文件，然后原材料根据链接文件链接成u-boot。那么链接脚本是如何组织原材料的呢？我们来看一看：

OUTPUT_FORMAT("elf32-littlearm", "elf32-littlearm", "elf32-littlearm")

OUTPUT_ARCH(arm)

ENTRY(_start)

SECTIONS

{   

        . = 0x00000000;  //当前地址是0x00000000，不过后面这些东西所放的地址会加上一个偏移地址：0x33F80000 ，关于这个偏移地址怎么来的请                                     //看注释1

        . = ALIGN(4); 

        .text      :

        {

          cpu/arm920t/start.o   (.text)//先放start.o的代码段

          *(.text)//然后放所有其他文件的代码段

        }

        . = ALIGN(4);

        .rodata : { *(.rodata) }//放所有文件的只读数据段

        . = ALIGN(4);

        .data : { *(.data) }//放所有文件的数据段

        . = ALIGN(4);

        .got : { *(.got) }

        . = .;

        __u_boot_cmd_start = .;

        .u_boot_cmd : { *(.u_boot_cmd) }//放u-boot命令段

        __u_boot_cmd_end = .;

        . = ALIGN(4);

        __bss_start = .;

        .bss : { *(.bss) }

        _end = .;

ot_cmd_start = .;

        .u_boot_cmd : { *(.u_boot_cmd) }

        __u_boot_cmd_end = .;

        . = ALIGN(4);

        __bss_start = .;

        .bss : { *(.bss) }

        _end = .;

}

注释1：

在顶层目录下有个config.mk，里面有这么一行：189 LDFLAGS += -Bstatic -T $(LDSCRIPT) -Ttext $(TEXT_BASE) $(PLATFORM_LDFLAGS)

我们可以在输出信息里找到对应的一行： arm-linux-ld -Bstatic -T /home/lht/fl2440/u-boot-1.1.6/board/smdk2410/u-boot.lds -Ttext 0x33F80000  $UNDEF_SYM cpu/arm920t/start.o 

可以看出LDSCRIPT代表链接脚本，TEXT_BASE就是 0x33F80000 ，那么 0x33F80000 在哪里定义的呢？我们来找上一找，最终我们在board/smdk2410/config.mk文件里发现了定义：TEXT_BASE = 0x33F80000。那如果想让u-boot放在另外的地址，就可以修改这个值

这样我们就知道了，u-boot启动之后最先运行的是start.S文件，这个文件也是我们要分析的核心。其实makefile就是规定文件应该如何组织的，具体的程序如何执行当然还要看具体的文件，makefile就说到这里，接下来我们分析start.S

（4）start.S分析

由于这个文件TM的重要，所以虽然代码也挺长的，我们还是把代码全部贴了出来：

#include <config.h>

#include <version.h>

/*

 *************************************************************************

 *

 * Jump vector table as in table 3.1 in [1]

 *

 *************************************************************************

 */

.globl _start

_start: b       reset              //首先跳转到reset

ldrpc, _undefined_instruction

ldrpc, _software_interrupt

ldrpc, _prefetch_abort

ldrpc, _data_abort

ldrpc, _not_used

ldrpc, _irq

ldrpc, _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 (reset vector)

 *

 * do important init only if we don't start from memory!

 * relocate armboot to ram

 * setup stack

 * jump to second stage

 *

 *************************************************************************

 */

_TEXT_BASE:

.wordTEXT_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:

.word0x0badc0de

/* IRQ stack memory (calculated at run-time) */

.globl FIQ_STACK_START

FIQ_STACK_START:

.word 0x0badc0de

#endif

/*

 * the actual reset code

 */

reset:

/*

 * set the cpu to SVC32 mode，切换到管理模式

 */

mrsr0,cpsr

bicr0,r0,#0x1f

orrr0,r0,#0xd3

msrcpsr,r0

/* turn off the watchdog，关闭看门狗 */

#if defined(CONFIG_S3C2400)

# define pWTCON 0x15300000

# define INTMSK 0x14400008 /* Interupt-Controller base addresses */

# define CLKDIVN 0x14800014 /* clock divisor register */

#elif defined(CONFIG_S3C2410)

# define pWTCON 0x53000000

# define INTMSK 0x4A000008 /* Interupt-Controller base addresses */

# define INTSUBMSK0x4A00001C

# define CLKDIVN 0x4C000014 /* clock divisor register */

#endif

#if defined(CONFIG_S3C2400) || defined(CONFIG_S3C2410)

ldr     r0, =pWTCON

mov     r1, #0x0

str     r1, [r0]

/*

* mask all IRQs by setting all bits in the INTMR - default，屏蔽所有中断

*/

movr1, #0xffffffff

ldrr0, =INTMSK

strr1, [r0]

# if defined(CONFIG_S3C2410)

ldrr1, =0x3ff

ldrr0, =INTSUBMSK

strr1, [r0]

# endif

         /*设置时钟*/

/* FCLK:HCLK:PCLK = 1:2:4 */

/* default FCLK is 120 MHz ! */

ldrr0, =CLKDIVN

movr1, #3

strr1, [r0]

#endif /* CONFIG_S3C2400 || CONFIG_S3C2410 */

/*

 * we do sys-critical inits only at reboot,

 * not when booting from ram!

 */

#ifndef CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT

blcpu_init_crit                //初始化cpu，我跳

#endif

/*复制bootloader的第二阶段代码到RAM空间中*/

#ifndef CONFIG_SKIP_RELOCATE_UBOOT

relocate:/* 将u-boot复制到RAM中*/

adrr0, _start/* r0当前代码的开始地址 */

ldrr1, _TEXT_BASE/*r1 代码段的连接地址 */

cmp     r0, r1                  /* 测试现在是在flash中还是在ram中 */

beq     stack_setup         /*如果已经在RAM中（这通常是调试时直接下载到RAM中），则不需要复制*/

ldrr2, _armboot_start  /* _armboot_start在前面定义，是第一条指令的运行地址*/

ldrr3, _bss_start    /*在连接脚本u-boot.lds中定义，是代码段的结束地址*/

subr2, r3, r2/* r2 =代码段长度*/

addr2, r0, r2/* r2=NOR FLASH上代码段的结束地址*/

copy_loop:

ldmiar0!, {r3-r10}/* 从地址[r0]处获得数据*/

stmiar1!, {r3-r10}/* 复制到地址r[1]处*/

cmpr0, r2/* 判断是否复制完毕*/

blecopy_loop                /*没复制完就继续*/

#endif /* CONFIG_SKIP_RELOCATE_UBOOT */

/* Set up the stack：设置栈*/

stack_setup:

ldrr0, _TEXT_BASE/* upper 128 KiB: relocated uboot  ：这是 0x33F80000 没忘记吧，作为代码段的起始地址*/

subr0, r0, #CFG_MALLOC_LEN/* malloc area 代码段下留出一段内存用于malloc*/

subr0, r0, #CFG_GBL_DATA_SIZE /* bdinfo再留出一段内存用作全局变量 */

#ifdef CONFIG_USE_IRQ

subr0, r0, #(CONFIG_STACKSIZE_IRQ+CONFIG_STACKSIZE_FIQ)/*IRQ、FIQ模式的栈*/

#endif

subsp, r0, #12/* leave 3 words for abort-stack ：留出12个字节用作abort */

/*清BSS段（初始值为0、无初始值的全局变量、静态变量放在BSS段）*/

clear_bss:

ldrr0, _bss_start /*BSS段的开始地址，它的值在链接脚本文件u-boot.lds里确定 */

ldrr1, _bss_end /* BSS段的结束地址，它的值在链接脚本文件u-boot.lds里确定  */

mov r2, #0x00000000 /* clear                            */

clbss_l:str r2, [r0] /* clear loop...                    */

addr0, r0, #4

cmpr0, r1

bleclbss_l

#if 0

/* try doing this stuff after the relocation */

ldr     r0, =pWTCON

mov     r1, #0x0

str     r1, [r0]

/*

 * mask all IRQs by setting all bits in the INTMR - default

 */

movr1, #0xffffffff

ldrr0, =INTMR

strr1, [r0]

/* FCLK:HCLK:PCLK = 1:2:4 */

/* default FCLK is 120 MHz ! */

ldrr0, =CLKDIVN

movr1, #3

strr1, [r0]

/* END stuff after relocation */

#endif

ldrpc, _start_armboot //跳转

_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，清caches

 */

movr0, #0

mcrp15, 0, r0, c7, c7, 0 /* flush v3/v4 cache */

mcrp15, 0, r0, c8, c7, 0 /* flush v4 TLB */

/*

 * disable MMU stuff and caches，关闭mmu和caches

 */

mrcp15, 0, r0, c1, c0, 0

bicr0, r0, #0x00002300 @ clear bits 13, 9:8 (--V- --RS)

bicr0, r0, #0x00000087 @ clear bits 7, 2:0 (B--- -CAM)

orrr0, r0, #0x00000002 @ set bit 2 (A) Align

orrr0, r0, #0x00001000 @ set bit 12 (I) I-Cache

mcrp15, 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.

 */

movip, lr

bllowlevel_init  //跳转喽。这个字函数的作用是：初始化内存控制器，初始化之后内存才能使用，这段代码在注释1里贴出来

movlr, ip

movpc, lr

#endif /* CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT */

/*

 *************************************************************************

 *

 * Interrupt handling

 *

 *************************************************************************

 */

@

@ IRQ stack frame.

@

#define S_FRAME_SIZE72

#define S_OLD_R0 68

#define S_PSR 64

#define S_PC 60

#define S_LR 56

#define S_SP 52

#define S_IP 48

#define S_FP 44

#define S_R10 40

#define S_R9 36

#define S_R8 32

#define S_R7 28

#define S_R6 24

#define S_R5 20

#define S_R4 16

#define S_R3 12

#define S_R2 8

#define S_R1 4

#define S_R0 0

#define MODE_SVC 0x13

#define I_BIT  0x80

/*

 * use bad_save_user_regs for abort/prefetch/undef/swi ...

 * use irq_save_user_regs / irq_restore_user_regs for IRQ/FIQ handling

 */

.macrobad_save_user_regs

subsp, sp, #S_FRAME_SIZE

stmiasp, {r0 - r12} @ Calling r0-r12

ldrr2, _armboot_start

subr2, r2, #(CONFIG_STACKSIZE+CFG_MALLOC_LEN)

subr2, r2, #(CFG_GBL_DATA_SIZE+8)  @ set base 2 words into abort stack

ldmiar2, {r2 - r3} @ get pc, cpsr

addr0, sp, #S_FRAME_SIZE @ restore sp_SVC

addr5, sp, #S_SP

movr1, lr

stmiar5, {r0 - r3} @ save sp_SVC, lr_SVC, pc, cpsr

movr0, sp

.endm

.macroirq_save_user_regs

subsp, sp, #S_FRAME_SIZE

stmiasp, {r0 - r12} @ Calling r0-r12

add     r8, sp, #S_PC

stmdb   r8, {sp, lr}^                   @ Calling SP, LR

str     lr, [r8, #0]                    @ Save calling PC

mrs     r6, spsr

str     r6, [r8, #4]                    @ Save CPSR

str     r0, [r8, #8]                    @ Save OLD_R0

movr0, sp

.endm

.macroirq_restore_user_regs

ldmiasp, {r0 - lr}^ @ Calling r0 - lr

movr0, r0

ldrlr, [sp, #S_PC] @ Get PC

addsp, sp, #S_FRAME_SIZE

subspc, lr, #4 @ return & move spsr_svc into cpsr

.endm

.macro get_bad_stack

ldrr13, _armboot_start @ setup our mode stack

subr13, r13, #(CONFIG_STACKSIZE+CFG_MALLOC_LEN)

subr13, r13, #(CFG_GBL_DATA_SIZE+8) @ reserved a couple spots in abort stack

strlr, [r13] @ save caller lr / spsr

mrslr, spsr

str     lr, [r13, #4]

movr13, #MODE_SVC @ prepare SVC-Mode

@ msrspsr_c, r13

msrspsr, r13

movlr, pc

movspc, lr

.endm

.macro get_irq_stack@ setup IRQ stack

ldrsp, IRQ_STACK_START

.endm

.macro get_fiq_stack@ setup FIQ stack

ldrsp, FIQ_STACK_START

.endm

/*

 * exception handlers

 */

.align  5

undefined_instruction:

get_bad_stack

bad_save_user_regs

bl do_undefined_instruction

.align5

software_interrupt:

get_bad_stack

bad_save_user_regs

bl do_software_interrupt

.align5

prefetch_abort:

get_bad_stack

bad_save_user_regs

bl do_prefetch_abort

.align5

data_abort:

get_bad_stack

bad_save_user_regs

bl do_data_abort

.align5

not_used:

get_bad_stack

bad_save_user_regs

bl do_not_used

#ifdef CONFIG_USE_IRQ

.align5

irq:

get_irq_stack

irq_save_user_regs

bl do_irq

irq_restore_user_regs

.align5

fiq:

get_fiq_stack

/* someone ought to write a more effiction fiq_save_user_regs */

irq_save_user_regs

bl do_fiq

irq_restore_user_regs

#else

.align5

irq:

get_bad_stack

bad_save_user_regs

bl do_irq

.align5

fiq:

get_bad_stack

bad_save_user_regs

bl do_fiq

#endif

注释1：lowlevel_ini函数并不复杂，只是要注意这时的代码、数据都只保存在NOR Flash上，内存中还没有，所以读取数据时要变换地址

.globl lowlevel_init

lowlevel_init:

/* memory control configuration */

/* make r0 relative the current location so that it */

/* reads SMRDATA out of FLASH rather than memory ! */

ldr     r0, =SMRDATA  //以下三行为地址变换。SMRDATA表示这13个寄存器的值存放的开始地址（连接地址），值为0x33f8xxxx，处于内存中

ldrr1, _TEXT_BASE//获得代码的起始地址，它就是0x33f80000

subr0, r0, r1              //由此获得13个寄存器的值在NOR Flash上存放的开始地址

ldrr1, =BWSCON /* Bus Width Status Controller */

add     r2, r0, #13*4

0:

ldr     r3, [r0], #4

str     r3, [r1], #4

cmp     r2, r0

bne     0b

/* everything is fine now */

movpc, lr

.ltorg

/* the literal pools origin */

/*13个寄存器值存放的起始地址*/

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

start.S总结：

第一阶段分析：

（1）硬件设备初始化：

将cpu的工作模式设为管理模式（svr），关闭WATCHDOG，设置FCLK，HCLK，PCLK的比例（设置CLKDEVN寄存器），关闭MMU、CACHE

（2）为加载bootloader的第二阶段代码准备空间：

所谓准备RAM空间，就是初始化内存芯片，使它可用。对于S3C2410/S3C2440，通过在start.S中调用lowlevel_init函数来设置存储控制器，使得外接的SDRAM可用。lowlevel_init函数定义在boadr/smdk2410/lowlevel_init.S中

（3）复制bootloader的第二阶段代码到RAM空间中。相关代码在cpu/arm920t/start.S中实现。

（4）设置好栈，栈的设置灵活性很大，只要让sp寄存器指向一段没有使用的内存就可以了

到了这一步就基本上知道了内存的使用情况，如下图所示：

 （5）跳转到第二阶段代码的C入口点，在跳转之前，还要清除BSS段，现在C函数的运行环境已经准备好，然后跳转到c程序入口地址，这之后程序在内存中运行，它将调用lib_arm/board.c中的start_armboot函数，这是第二阶段的入口点。

第二阶段分析

我们先贴出这一阶段的程序流程图，以便理解：

 

我们再贴出代码：

对应的初始化函数定义在一个结构体里：

init_fnc_t *init_sequence[] = {

cpu_init,/* basic cpu dependent setup */

board_init,/* basic board dependent setup */

interrupt_init,/* set up exceptions */

env_init,/* initialize environment */

init_baudrate,/* initialze baudrate settings */

serial_init,/* serial communications setup */

console_init_f,/* stage 1 init of console */

display_banner,/* say that we are here */

#if defined(CONFIG_DISPLAY_CPUINFO)

print_cpuinfo,/* display cpu info (and speed) */

#endif

#if defined(CONFIG_DISPLAY_BOARDINFO)

checkboard,/* display board info */

#endif

dram_init,/* configure available RAM banks */

display_dram_config,

NULL,

};

start_armboot函数代码如下：

void start_armboot (void)

{

init_fnc_t **init_fnc_ptr;

char *s;

#ifndef CFG_NO_FLASH

ulong size;

#endif

#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 - CFG_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));

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 ();

}

}

#ifndef CFG_NO_FLASH

/* configure available FLASH banks */

size = flash_init ();

display_flash_config (size);

#endif /* CFG_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);

size = vfd_setmem (addr);

gd->fb_base = addr;

#endif /* CONFIG_VFD */

#ifdef CONFIG_LCD

# 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);

size = lcd_setmem (addr);

gd->fb_base = addr;

#endif /* CONFIG_LCD */

/* armboot_start is defined in the board-specific linker script */

mem_malloc_init (_armboot_start - CFG_MALLOC_LEN);

#if (CONFIG_COMMANDS & CFG_CMD_NAND)

puts ("NAND:  ");

nand_init();/* go init the NAND */

#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 */

/* IP Address */

gd->bd->bi_ip_addr = getenv_IPaddr ("ipaddr");

/* MAC Address */

{

int i;

ulong reg;

char *s, *e;

char tmp[64];

i = getenv_r ("ethaddr", tmp, sizeof (tmp));

s = (i > 0) ? tmp : NULL;

for (reg = 0; reg < 6; ++reg) {

gd->bd->bi_enetaddr[reg] = s ? simple_strtoul (s, &e, 16) : 0;

if (s)

s = (*e) ? e + 1 : e;

}

#ifdef CONFIG_HAS_ETH1

i = getenv_r ("eth1addr", tmp, sizeof (tmp));

s = (i > 0) ? tmp : NULL;

for (reg = 0; reg < 6; ++reg) {

gd->bd->bi_enet1addr[reg] = s ? simple_strtoul (s, &e, 16) : 0;

if (s)

s = (*e) ? e + 1 : e;

}

#endif

}

devices_init ();/* get the devices list going. */

#ifdef CONFIG_CMC_PU2

load_sernum_ethaddr ();

#endif /* CONFIG_CMC_PU2 */

jumptable_init ();

console_init_r ();/* fully init console as a device */

#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_CS8900

cs8900_get_enetaddr (gd->bd->bi_enetaddr);

#endif

#if defined(CONFIG_DRIVER_SMC91111) || defined (CONFIG_DRIVER_LAN91C96)

if (getenv ("ethaddr")) {

smc_set_mac_addr(gd->bd->bi_enetaddr);

}

#endif /* CONFIG_DRIVER_SMC91111 || CONFIG_DRIVER_LAN91C96 */

/* Initialize from environment */

if ((s = getenv ("loadaddr")) != NULL) {

load_addr = simple_strtoul (s, NULL, 16);

}

#if (CONFIG_COMMANDS & CFG_CMD_NET)

if ((s = getenv ("bootfile")) != NULL) {

copy_filename (BootFile, s, sizeof (BootFile));

}

#endif /* CFG_CMD_NET */

#ifdef BOARD_LATE_INIT

board_late_init ();

#endif

#if (CONFIG_COMMANDS & CFG_CMD_NET)

#if defined(CONFIG_NET_MULTI)

puts ("Net:   ");

#endif

eth_initialize(gd->bd);

#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 */

}

（1）初始化本阶段要用的硬件设

最主要的是设置系统时钟、初始化串口，只要这两个设置就好了，就可以从串口打印信息了

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/smdk2410/smdk2410.c中实现。值得注意的是，board_init函数中还保存了机器类型id，这将在调用内核时传给内核，board_init()函数代码如下：

int board_init (void)

{

S3C24X0_CLOCK_POWER * const clk_power = S3C24X0_GetBase_CLOCK_POWER();

S3C24X0_GPIO * const gpio = S3C24X0_GetBase_GPIO();

/* to reduce PLL lock time, adjust the LOCKTIME register */

clk_power->LOCKTIME = 0xFFFFFF;

/* configure MPLL */

clk_power->MPLLCON = ((M_MDIV << 12) + (M_PDIV << 4) + M_SDIV);

/* some delay between MPLL and UPLL */

delay (4000);

/* configure UPLL */

clk_power->UPLLCON = ((U_M_MDIV << 12) + (U_M_PDIV << 4) + U_M_SDIV);

/* some delay between MPLL and UPLL */

delay (8000);

/* set up the I/O ports */

gpio->GPACON = 0x007FFFFF;

gpio->GPBCON = 0x00044555;

gpio->GPBUP = 0x000007FF;

gpio->GPCCON = 0xAAAAAAAA;

gpio->GPCUP = 0x0000FFFF;

gpio->GPDCON = 0xAAAAAAAA;

gpio->GPDUP = 0x0000FFFF;

gpio->GPECON = 0xAAAAAAAA;

gpio->GPEUP = 0x0000FFFF;

gpio->GPFCON = 0x000055AA;

gpio->GPFUP = 0x000000FF;

gpio->GPGCON = 0xFF95FFBA;

gpio->GPGUP = 0x0000FFFF;

gpio->GPHCON = 0x002AFAAA;

gpio->GPHUP = 0x000007FF;

/* arch number of SMDK2410-Board */

gd->bd->bi_arch_number = MACH_TYPE_SMDK2410;/*传给内核的机器码*/

/* adress of boot parameters */

gd->bd->bi_boot_params = 0x30000100;/*启动参数*/

icache_enable();

dcache_enable();

return 0;

}

在cpu/arm920t/s3c24x0/serial.c中定义了串口初始化程序serial_int()，贴出相关代码：

int serial_init (void)

{

serial_setbrg ();

return (0);

}

为简化分析步骤就不具体分析了

（2）检测系统内存映射（memory map）

对于特定的开发板，其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0x30000000，大小为0x4000000，代码如下：

int dram_init (void)

{

gd->bd->bi_dram[0].start = PHYS_SDRAM_1;//0x30000000

gd->bd->bi_dram[0].size = PHYS_SDRAM_1_SIZE;//0x4000000

return 0;

}

这些设置的参数，将在后面向内核传递参数时用到

（3）我们知道即便是内核启动，也是通过u-boot命令来实现的，u-boot中每个命令都通过U_BOOT_CMD宏来定义，格式如下：

U_BOOT_CMD(name,maxargs,repeatable,command,"usage","help")

参数意义如下：

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。

help：叫详细的使用说明，这时个字符串。

宏U_BOOT_CMD在include/commond.h中定义，如下所示：

#define U_BOOT_CMD(name,maxargs,rep,cmd,usage,help) 

cmd_tbl_t __u_boot_cmd_##name Struct_Section = {#name, maxargs, rep, cmd, usage, help}

Struct_Section也是在include/commond.h中定义的，如下所示：

#define Struct_Section  __attribute__ ((unused,section (".u_boot_cmd")))

比如对于bootm命令，它如下定义：

U_BOOT_CMD(

bootm,CFG_MAXARGS,1,do_bootm,

"string1",

"string2"

)

宏U_BOOT_CMD扩展开后如下所示：
cmd_tbl_t __u_boot_cmd_bootm __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。连接脚本中有如下代码：

__u_boot_cmd_start = .;

.u_boot_cmd : { *(.u_boot_cmd) }

__u_boot_cmd_end = .;

程序中就是根据命令的名字在内存段__u_boot_cmd_start~__u_boot_cmd_end 之间找到它的cmd_tbl_t结构，然后调用它的函数find_cmd，关于这个函数我们可以参考common/command.c中的find_cmd函数。

我们已nand read.jffs2和bootm命令为例来分析一下，顺便可以把我们u_boot最核心的部分（启动内核）来分析一下：

（1）首先我们在命令行里输入nand read.jffs2 0x30007fc0 kernel //这句话用来从0x30007fc0处读取kernel分区内容

（2）程序运行在common/main.c中，s = getenv("bootcmd")来获得输入的命令，然后调用run_command (s, 0)函数。在这个函数里首先对命令进行解析，并提取命令参数，然后调用函数 find_cmd() 在 __u_boot_cmd_start~__u_boot_cmd_end 之间寻找相同的命令，并返回对应的 cmd_tbl_t 结构体，find_cmd()函数代码如下：

cmd_tbl_t *find_cmd (const char *cmd)

{

cmd_tbl_t *cmdtp;

cmd_tbl_t *cmdtp_temp = &__u_boot_cmd_start;/*Init value */

const char *p;

int len;

int n_found = 0;

/*

 * Some commands allow length modifiers (like "cp.b");

 * compare command name only until first dot.

 */

len = ((p = strchr(cmd, '.')) == NULL) ? strlen (cmd) : (p - cmd);

for (cmdtp = &__u_boot_cmd_start;cmdtp != &__u_boot_cmd_end; cmdtp++)//这就是我们所说的遍历了

     {

if (strncmp (cmd, cmdtp->name, len) == 0)//名字要相同

             {

if (len == strlen (cmdtp->name))//长度要相同

return cmdtp;/* full match */

cmdtp_temp = cmdtp;/* abbreviated command ? */

n_found++;

}

}

if (n_found == 1) {/* exactly one match */

return cmdtp_temp;

}

return NULL;/* not found or ambiguous command */

}

（3）找到命令后会调用命令对应的函数，代码如下：

(cmdtp->cmd) (cmdtp, flag, argc, argv)

在分析内核启动之前我们先来补充一些知识：

分区，在嵌入式中，各个分区都在内核里写死了，具体在include/configs中的smdk2410.h中，不过我没有发现有具体的代码，估计是在移植的时候自己添加进去的！这里我们把韦东山老师的代码贴出来，分析一下：

 在nandflash上从0地址开始，前256k存放bootloader，接下来128k存放环境变量，然后是2M存放kernel，剩下的是root分区。

那么 nand read.jffs2 0x30007fc0 kernel 对应的函数是common/cmd_nand.c文件里的do_nand()函数，具体代码我们不分析了，只是说一下它的作用：读kernel分区内容到内存中

（4）在命令行输入：bootm 0x30007fc0 //这是启动内核的

跟上面一样找到相应的命令，执行相应的程序 。我们也要补充一点知识：

u_boot下要用到uImage，uImage由一个头和真正的内核组成

其中头部的定义为：

typedef struct image_header {

uint32_tih_magic; /* Image Header Magic Number*/

uint32_tih_hcrc; /* Image Header CRC Checksum*/

uint32_tih_time; /* Image Creation Timestamp*/

uint32_tih_size; /* Image Data Size*/

uint32_tih_load; /* Data Load  Address */

uint32_tih_ep; /* Entry Point Address*/

uint32_tih_dcrc; /* Image Data CRC Checksum*/

uint8_tih_os; /* Operating System*/

uint8_tih_arch; /* CPU architecture*/

uint8_tih_type; /* Image Type*/

uint8_tih_comp; /* Compression Type*/

uint8_tih_name[IH_NMLEN]; /* Image Name*/

} image_header_t;

里面两个成员比较重要：

ih_load：加载地址，表示内核运行时要放在哪里

ih_ep   ：内核入口地址

当bootm 0x30007fc0时，如果发现内核的存放地址与加载uImage的头里面的加载地址不相符，就会把内核重新拷贝到加载地址处。这当然要花费一定的时间，所以我们一般会让它们相符，以加快内核启动速度。

对应的函数是common/cmd_bootm.c下的do_bootm()函数，关于这个函数我们不再分析具体代码，只是说一下它的功能：
  .根据头部将内核移动到合适的地方

  .启动内核，启动内核会调用armlinux.c中函数：do_bootm_linux()对这个函数我们也不分析其具体代码，我们只说一下它的功能：设置启动参数并跳到入口地址处。

我们还得来说一说启动参数的问题，我们知道当内核启动起来之后，u_boot就没有用了，所以u_boot需要将一些内核参数放在跟内核约定好的某个位置，以便内核能够在无u_boot下访问，下面一些函数完成这项功能：

setup_start_tag (bd)

setup_memory_tags (bd)

setup_commandline_tag (bd, commandline)

setup_end_tag (bd)

在来谈一谈启动内核，下面一个函数完成内核的启动工作：theKernel (0, bd->bi_arch_number, bd->bi_boot_params)

它带了三个参数：bd->bi_arch_number表示机器码

                              bd->bi_boot_params启动参数地址

这两个参数在board/smdk2410/smdk2410.c文件里可以找到定义：

gd->bd->bi_arch_number = MACH_TYPE_SMDK2410//不解释，在内核分析里会详细分析

gd->bd->bi_boot_params = 0x30000100//启动参数放在0x30000100开始的位置，要记清楚，内核分析里要用到的

好了，就分析到这里