1、Uboot启动流程分析（基于u-boot1.1.4） 先分析一下u-boot启动的两个阶段，分别对应start.S和board.c这两个文件。 先看board/smsk2410/u-boot.lds这个链接脚本，可以知道目标程序的各部分链接顺序。OUTPUT_FORMAT(elf32-littlearm, elf32-littlearm, elf32-littlearm)/*OUTPUT_FORMAT(elf32-arm, elf32-arm, elf32-arm)*/OUTPUT_ARCH(arm)ENTRY(_start)SECTIONS. = 0x00000000; /*指定可执行ima
2、ge文件的全局入口点，通常这个地址都放在ROM(flash)0x0位置。必须使编译器知道这个地址，通常都是修改此处来完成*/. = ALIGN(4);.text :cpu/arm920t/start.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);_
3、bss_start = .;.bss : *(.bss) _end = .; 第一个要链接的是cpu/arm920t/start.o，那么U-Boot的入口指令一定位于这个程序中。下面详细分析一下程序跳转和函数的调用关系以及函数实现。1Stage1：cpu/arm920t/start.S 这个汇编程序是U-Boot的入口程序，开头就是复位向量的代码。U-Boot启动代码流程图_start: b reset /复位向量 ;设置异常向量表ldr pc, _undefined_instructionldr pc, _software_interruptldr pc, _prefetch_abortl
4、dr pc, _data_abortldr pc, _not_usedldr pc, _irq /中断向量ldr pc, _fiq /中断向量/* the actual reset code */reset: /复位启动子程序/* 设置CPU为SVC32模式 */mrs r0,cpsrbic r0,r0,#0x1f ;位清除，将某些位的值置0：r0 = r0 AND ( !0x1f)orr r0,r0,#0xd3 ;逻辑或，将r0与立即数进行逻辑或，放在r0中（第一个）msr cpsr,r0/* 关闭看门狗 */* turn off the watchdog */#if defined(CON
5、FIG_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 INTSUBMS
6、K 0x4A00001C# define CLKDIVN 0x4C000014 /* clock divisor register */#endif#if defined(CONFIG_S3C2400) | defined(CONFIG_S3C2410)ldr r0, =pWTCONmov r1, #0x0str r1, r0/* 禁止所有中断和设置CPU频率 */* mask all IRQs by setting all bits in the INTMR - default*/mov r1, #0xffffffffldr r0, =INTMSKstr r1, r0# if defined
7、(CONFIG_S3C2410)ldr r1, =0x3ffldr r0, =INTSUBMSKstr r1, r0# endif/* FCLK:HCLK:PCLK = 1:2:4 */ ;FCLK用于CPU，HCLK用于AHB，PCLK用于APB/* default FCLK is 120 MHz ! */ldr r0, =CLKDIVN ;根据硬件手册来设置CLKDIVN寄存器mov r1, #3 ;用户手册的推荐值str r1, r0#endif /* CONFIG_S3C2400 | CONFIG_S3C2410 */* 这些初始化代码在系统重起的时候执行，运行时热复位从RAM中启动不
8、执行 */* we do sys-critical inits only at reboot,* not when booting from */#ifndef CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INITbl cpu_init_crit ;跳转去初始化CPU#endif;#ifdef CONFIG_INIT_CRITICAL 原文中的，估计是1.1.16版本的; bl cpu_init_crit;#endif/* CPU和RAM两个关键的初始化子程序 */* 初始化CPU */cpu_init_crit:/* flush v4 I/D caches 设置CP15*/mov r0, #0
9、mcr p15, 0, r0, c7, c7, 0 /* flush v3/v4 cache */ ;使I/D cache失效：将寄存器r0的数据传送到协处理器p15的c7中。C7寄存器位对应cp15中的cache控制寄存器mcr p15, 0, r0, c8, c7, 0 /* flush v4 TLB */ ;使TLB操作寄存器失效：将r0数据送到cp15的c8、c7中。C8对应TLB操作寄存器/* disable MMU stuff and caches 禁止MMU和caches*/mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0 ;先把c1和c0寄存器的各位置0(r0 = 0)bic
10、 r0, r0, #0x00002300 clear bits 13, 9:8 (-V- -RS)bic r0, r0, #0x00000087 clear bits 7, 2:0 (B- -CAM) ;这里我本来有个疑问：为什么要分开设置。因为arm汇编要求的立即数格式所决定的orr r0, r0, #0x00000002 set bit 2(?) (A) Align ;上一条已经设置bit1为0，这一条又设置为1？orr r0, r0, #0x00001000 set bit 12 (I) I-Cachemcr p15, 0, r0, c1, c0, 0 ;用上面(见下面)设定的r0的值设
11、置c1？(cache类型寄存器)和c0(control字寄存器)，以下为c0的位定义;bit8: 0 = Disable System protection;bit9: 0 = Disable ROM protection;bit0: 0 = MMU disabled;bit1: 0 = Fault checking disabled 禁止纠错;bit2: 0 = Data cache disabled;bit7: 0 = Little-endian operation;bit12: 1 = Instruction cache enabled/* 配置内存区控制寄存器 ？有待分析，是1.1.4
12、版本的* 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, lrbl lowlevel_init ;位于board/smdk2410/lowlevel_init.S：用于完成芯片存储器的初始化，执行完成后返回mov lr, ipmov pc, lrrelocate: /* 把U-Boot重新定位到RAM */adr r0, _star
13、t /* r0是代码的当前位置 */ ;adr伪指令，汇编器自动通过当前PC的值算出 如果执行到_start时PC的值，放到r0中：当此段在flash中执行时r0 = _start = 0；当此段在RAM中执行时_start = _TEXT_BASE(在board/smdk2410/config.mk中指定的值为0x33F80000，即u-boot在把代码拷贝到RAM中去执行的代码段的开始)ldr r1, _TEXT_BASE /* 测试判断是从Flash启动，还是RAM */ ;此句执行的结果r1始终是0x33FF80000，因为此值是又编译器指定的(ads中设置，或-D设置编译器参数)cm
14、p r0, r1 /* 比较r0和r1，调试的时候不要执行重定位 */beq stack_setup /* 如果r0等于r1，跳过重定位代码 */* 准备重新定位代码 */ ;以上确定了复位启动代码是在flash中执行的(是系统重启，而不是软复位)，就需要把代码拷贝到RAM中去执行，以下为计算即将拷贝的代码的长度ldr r2, _armboot_start ;前面定义了，就是_startldr r3, _bss_start ;所谓bss段，就是未被初始化的静态变量存放的地方，这个地址是如何的出来的？根据board/smsk2410/u-boot.lds内容？sub r2, r3, r2 /*
15、r2 得到armboot的大小 */add r2, r0, r2 /* r2 得到要复制代码的末尾地址 */copy_loop: /* 重新定位代码 */ ;开始循环拷贝启动的代码到RAM中ldmia r3-r10 /*从源地址r0复制 */ ;r0指向_start(=0)stmia r3-r10 /* 复制到目的地址r1 */ ;r1指向_TEXT_BASE(=0x33F80000)cmp r0, r2 /* 复制数据块直到源数据末尾地址r2 */ble copy_loop;这里附上u-boot各存储区域的映射图，从网上找的，这下对于这几个地址的位置就一目了然了，对于我这种菜鸟真的是好图啊！
16、/* 初始化堆栈等 */stack_setup:ldr r0, _TEXT_BASE /* 上面是128 KiB重定位的u-boot */sub r0, r0, #CFG_MALLOC_LEN /* 向下是内存分配空间 */sub r0, r0, #CFG_GBL_DATA_SIZE /* 然后是bdinfo结构体地址空间 */#ifdef CONFIG_USE_IRQsub r0, r0, #(CONFIG_STACKSIZE_IRQ+CONFIG_STACKSIZE_FIQ)#endif;这些宏定义在/include/configs/smdk2410.h中：#define CFG_MALL
17、OC_LEN(CFG_ENV_SIZE + 128*1024);64K+128K=0xC0#define CFG_ENV_SIZE0x10000/* Total Size of Environment Sector 64k*/#define CONFIG_STACKSIZE(128*1024)/* regular stack 128k */#define CFG_GBL_DATA_SIZE 128/* size in bytes reserved for initial data */用0x33F8000 0xC0 0x80得到_TEXT_BASE向下(低地址)的堆栈指针sp的起点地址sub
18、sp, r0, #12 /* 为abort-stack预留3个字 */;得到最终sp指针初始值clear_bss:ldr r0, _bss_start /* 找到bss段起始地址 */ldr r1, _bss_end /* bss段末尾地址 */mov r2, #0x00000000 /* 清零 */clbss_l:str r2, r0 /* bss段地址空间清零循环. */add r0, r0, #4cmp r0, r1bne clbss_l/* 跳转到start_armboot函数入口，_start_armboot字保存函数入口指针 */ldr pc, _start_armboot_sta
19、rt_armboot: .word start_armboot ;start_armboot函数在lib_arm/board.c中实现2Stage2：lib_arm/board.c 此文件是u-boot Stage2部分，入口为Stage1最后调用的start_armboot函数。注意上面最后ldr到pc的是_start_armboot这个地址，而非start_armboot变量。 start_armboot是U-Boot执行的第一个C语言函数，完成系统初始化工作，进入主循环，处理用户输入的命令。void start_armboot (void)DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR;
20、/此宏定义了一个gd_t类型的指针 *gd，并指名用r8寄存器来存储：#define DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR register volatile gd_t *gd asm (r8)ulong size;init_fnc_t *init_fnc_ptr;char *s;/* Pointer is writable since we allocated a register for it 上面那个宏的作用*/gd = (gd_t*)(_armboot_start - CFG_MALLOC_LEN - sizeof(gd_t);/此C语句引用的是start.S中的地址标号_a
21、rmboot_start，但是得到的却是其中所指的变量_start的值（在RAM中，_start = 0x33F80000）。Ps：_armboot_start:.word _start/gd是全局变量，位置在堆栈区以下(低地址)：typedef struct global_data bd_t *bd;unsigned long flags;unsigned long baudrate;unsigned long have_console; /* serial_init() was called */unsigned long reloc_off; /* Relocation Offset *
22、/此变量有什么用？unsigned long env_addr; /* Address of Environment struct */unsigned long env_valid; /* Checksum of Environment valid? */unsigned long fb_base; /* base address of frame buffer */#ifdef CONFIG_VFDunsigned char vfd_type; /* display type */#endif#if 0unsigned long cpu_clk; /* CPU clock in Hz! *
23、/unsigned long bus_clk;unsigned long ram_size; /* RAM size */unsigned long reset_status; /* reset status register at boot */#endifvoid *jt; /* jump table */ gd_t;/* compiler optimization barrier needed for GCC = 3.4 */_asm_ _volatile_(: : :memory);memset (void*)gd, 0, sizeof (gd_t);gd-bd = (bd_t*)(c
24、har*)gd - sizeof(bd_t);/得到bd的起点memset (gd-bd, 0, sizeof (bd_t);monitor_flash_len = _bss_start - _armboot_start;/* 顺序执行init_sequence数组中的初始化函数 */for (init_fnc_ptr = init_sequence; *init_fnc_ptr; +init_fnc_ptr) if (*init_fnc_ptr)() != 0) hang ();/*配置可用的Flash */size = flash_init ();/初始化Nor flash的函数，函数实现
25、在下面display_flash_config (size);/打印到控制台：Flash: 512 kB/* _armboot_start 在u-boot.lds链接脚本中定义 */mem_malloc_init (_armboot_start - CFG_MALLOC_LEN);/将CFG_MALLOC_LEN区域用memset函数清零（直接往目的地址写0）/* 配置环境变量，重新定位 */env_relocate ();/刚才的初始化函数中有一个是env_init()，根据CRC校验来初始化gd-env_addr变量（自己设定的还是初始值），此函数是作用是将环境变量值从某个flash和RA
26、M之间的拷贝。下图描述了ENV的初始化过程：/* 从环境变量中获取IP地址，放到全局变量gd中 */gd-bd-bi_ip_addr = getenv_IPaddr (ipaddr);/* 以太网接口MAC 地址，放到全局变量gd中，实现过程有待研究*/int i;ulong reg;char *s, *e;uchar tmp64;i = getenv_r (ethaddr, tmp, sizeof (tmp);s = (i 0) ? tmp : NULL;for (reg = 0; reg bd-bi_enetaddrreg = s ? simple_strtoul (s, &e, 16) : 0;if (s)s = (*e) ? e + 1 : e;devices_init (); /* 获取列表中的设备 */jumptable_init ();console_init_r (); /* 完整地初始化控制台设备 */enable_interrupts (); /* 使能例外处理 */* 通过环境变量初始化 */if (s = getenv (loadaddr) != NULL) load_addr = simple_strtoul (s, NULL, 16);/以上几个初始化函数有待研究/* main_loop()总是试图自动
