U-boot源码简要分析(一)
来源:互联网 发布:计算能耗软件 编辑:程序博客网 时间:2024/06/01 12:34
转自:http://blog.chinaunix.net/uid-20543672-id-94380.html
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。
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