嵌入式linux开发uboot启动过程源码分析(一)

逃离我推掉我的手 2023-09-24 06:32 80阅读 0赞

与大多数BootLoader一样，uboot的启动过程分为BL1和BL2两个阶段。BL1阶段通常是开发板的配置等设备初始化代码，需要依赖依赖于SoC体系结构，通常用汇编语言来实现；BL2阶段主要是对外部设备如网卡、Flash等的初始化以及uboot命令集等的自身实现，通常用C语言来实现。

uboot的BL1阶段代码通常放在start.s文件中，用汇编语言实现，其主要代码功能如下：

(1) 指定uboot的入口。在链接脚本uboot.lds中指定uboot的入口为start.S中的\_start。

(2)设置异常向量(exception vector)

(3)关闭IRQ、FIQ，设置SVC模式

(4)关闭L1 cache、设置L2 cache、关闭MMU

(5)根据OM引脚确定启动方式

(6)在SoC内部SRAM中设置栈

(7)lowlevel\_init(主要初始化系统时钟、SDRAM初始化、串口初始化等)

(8)设置开发板供电锁存

(9)设置SDRAM中的栈

(10)将uboot从SD卡拷贝到SDRAM中

(11)设置并开启MMU

(12)通过对SDRAM整体使用规划，在SDRAM中合适的地方设置栈

(13)清除bss段，远跳转到start\_armboot执行，BL1阶段执行完

start\_armboot函数位于lib\_arm/board.c中，是C语言开始的函数，也是BL2阶段代码中C语言的主函数，同时还是整个u-boot(armboot)的主函数，BL2阶段的主要功能如下：

(1)规划uboot的内存使用

(2)遍历调用函数指针数组init\_sequence中的初始化函数

(3)初始化uboot的堆管理器mem\_malloc\_init

(4)初始化SMDKV210开发板的SD/MMC控制器mmc\_initialize

(5)环境变量重定位env\_relocate

(6)将环境变量中网卡地址赋值给全局变量的开发板变量

(7)开发板硬件设备的初始化devices\_init

(8)跳转表jumptable\_init

(9)控制台初始化console\_init\_r

(10)网卡芯片初始化eth\_initialize

(11)uboot进入主循环main\_loop

u-boot.lds文件是uboot工程的链接脚本文件，位于board\\samsung\\smdkc110目录下，对于工程项目编译后期的链接阶段非常重要，决定了uboot程序的组装。

u-boot.lds链接文件中的ENTRY(\_start)指定了uboot程序的入口地址为\_start。

在SourceInsight建立uboot工程，利用索引功能查找\_start，在搜索结果中找到与三星smdkv210开发板相关的代码，最终锁定cpu\\s5pc11x\\start.S文件，定位到文件中的\_start标识符。

start.S有四个头文件：

\#include

config.h头文件在配置开发板时由mkconfig脚本创建的头文件，头文件内容即包含开发板的头文件：\#include

\#include

version.h头文件的内容为包含自动生成的版本头文件，头文件内容为：\#include "version\_autogenerated.h"，version\_autogenerated.h头文件定义了版本宏，宏定义为：\#define U\_BOOT\_VERSION "U-Boot 1.3.4"。版本宏的值就是Makefile中定义的版本信息。

\#include

domain.h头文件在定义了CONFIG\_ENABLE\_MMU宏时有效，为链接文件，实际指向的文件为include/asm-arm/proc-armv/domain.h。

\#include

regs.h头文件为链接文件，指向s5pc110.h头文件，s5pc110.h文件内部使用宏定义了有关SoC内部寄存器的大量信息。

\#if defined(CONFIG\_EVT1) && !defined(CONFIG\_FUSED)

.word 0x2000

.word 0x0

\#endif

定义uboot程序开头的16字节校验头信息填充空间，头校验信息块内的值需要在后面写入。

.globl \_start

\_start:

b reset

ldrpc, \_undefined\_instruction

ldrpc, \_software\_interrupt

ldrpc, \_prefetch\_abort

ldrpc, \_data\_abort

ldrpc, \_not\_used

ldrpc, \_irq

ldrpc, \_fiq

uboot程序的入口点实际是定义了异常向量表，异常向量表由SoC硬件实现，因此uboot在开机上电复位时需要跳转到reset执行。

SoC上电复位后运行的第一段代码就是reset。主要包括以下几部分：

A、关闭IRQ、FIQ，并将处理器模式设置为SVC模式

B、CPU关键寄存器的初始化cpu\_init\_crit：

关闭L2 cache

初始化L2 cache

开启L2 cache

关闭L1 cache

关闭MMU

读取OM启动引脚信息

确定从启动设备SD卡启动

设置SRAM中的栈为调用lowlevel\_init做准备(lowlevel\_init内部有嵌套调用)

调用lowlevel\_init(主要初始化系统时钟、SDRAM初始化、串口初始化等)

设置开发板供电锁存

设置SDRAM中的栈

判断当前代码是否运行在SDRAM中，如果当前代码运行在SDRAM中，则跳过代码重定位。

判断启动方式，选择SD卡启动设备，跳转到mmcsd\_boot

SD卡启动的准备工作，从SD卡拷贝uboot到SDRAM：movi\_bl2\_copy

C、设置MMU，开启MMU

D、通过对SDRAM整体使用规划，在SDRAM中合适的地方设置栈

E、清除bss段，远跳转到start\_armboot执行，BL1阶段执行完

lowlevel\_init位于\\board\\samsung\\smdkc110\\lowlevel\_init.S中，主要功能如下：

A、检查复位状态，判断启动的方式

根据复位状态选择复位启动的方式，处于低功耗状态时复位启动可以跳过后续多个步骤。

B、IO状态恢复

C、关闭看门狗

D、外部SRAM的GPIO初始化、外部SROM初始化

E、开发板供电锁存设置

F、判断当前代码是否运行在SDRAM，如果当前代码运行在SDRAM，说明目前从低功耗状态复位，可以跳过系统时钟初始化、串口初始化、SDRAM初始化等

G、初始化系统时钟：system\_clock\_init

H、初始化SDRAM内存：mem\_ctrl\_asm\_init

I、初始化串口，打印出’O’：uart\_asm\_init

J、初始化trustzone：tzpc\_init

K、初始化nand或onenand

L、检查复位状态

M、关闭ABB

N、串口打印出‘K’

说明：”OK”是打印出的调试信息，如果打印出’O’则说明在串口初始化uart\_asm\_init前的所有代码是正确的。如果打印出”OK”则说明在开发板板级初始化lowlevel\_init前的所有代码是正常工作的。

system\_clock\_init、uart\_asm\_init、tzpc\_init、nand\_asm\_init都位于lowlevel\_init.S文件内，mem\_ctrl\_asm\_init位于cpu\\s5pc11x\\s5pc110\\cpu\_init.S文件中。

uboot在执行完BL1阶段后远跳转到start\_armboot函数执行BL2，start\_armboot函数位于lib\_arm\\board.c中。

typedef int (init\_fnc\_t) (void);函数类型

init\_fnc\_t \*\*init\_fnc\_ptr;//二级函数指针

\#define DECLARE\_GLOBAL\_DATA\_PTR register volatile gd\_t \*gd asm ("r8")

DECLARE\_GLOBAL\_DATA\_PTR定义了一个存储在寄存器r8中的指向gd\_t类型全局变量的指针gd。

全局变量结构体的定义：

typedefstructglobal\_data \{

bd\_t\*bd;//boardinfo结构体信息，存放和开发板有关的信息

unsigned longflags;//标志位

unsigned longbaudrate;//串口通信波特率

unsigned longhave\_console;//控制台

unsigned longreloc\_off;//重定位偏移量

unsigned longenv\_addr;//环境变量结构体的地址

unsigned longenv\_valid;//环境变量使用标志

unsigned longfb\_base;//fb基地址

\#ifdef CONFIG\_VFD

unsigned charvfd\_type;//

\#endif

void\*\*jt;//跳转表

\} gd\_t;

开发板信息结构体变量的定义：

typedef struct bd\_info \{

intbi\_baudrate;//硬件串口波特率

unsigned longbi\_ip\_addr;//开发板IP地址

unsigned charbi\_enetaddr\[6\];//开发板网卡地址

struct environment\_s \*bi\_env;//环境变量指针

ulong bi\_arch\_number;//机器码

ulong bi\_boot\_params;//uboot启动参数

struct

ulong start;

ulong size;

\}bi\_dram\[CONFIG\_NR\_DRAM\_BANKS\];//内存插条信息

\#ifdef CONFIG\_HAS\_ETH1

unsigned char bi\_enet1addr\[6\];//第二块网卡的地址

\#endif

\} bd\_t;

2、uboot的内存规划

![wKioL1drRfTyRHOGAADgnjy9DiE579.jpg][]

SDRAM\_BASE被MMU映射在0xC0000000，CFG\_UBOOT\_BASE是0xC3E00000

在BL1段运行时，uboot镜像被拷贝到CFG\_UBOOT\_BASE开始的地址处。

gd的地址：

gd\_base=CFG\_UBOOT\_BASE + CFG\_UBOOT\_SIZE - CFG\_MALLOC\_LEN - CFG\_STACK\_SIZE - sizeof(gd\_t);

bd的地址：

gd->bd=(bd\_t\*)((char\*)gd - sizeof(bd\_t));

start\_armboot函数的主要功能如下：

(1)、遍历调用函数指针数组init\_sequence中的初始化函数

依次遍历调用函数指针数组init\_sequence中的函数，如果有函数执行出错，则执行hang函数，打印出”\#\#\# ERROR \#\#\# Please RESET the board \#\#\#”，进入死循环。

(2)、初始化uboot的堆管理器mem\_malloc\_init

(3)、初始化SMDKV210的SD/MMC控制器mmc\_initialize

(4)、环境变量重定位env\_relocate

(5)、将环境变量中网卡地址赋值给全局变量的开发板变量

(6)、开发板硬件设备的初始化devices\_init

(7)、跳转表jumptable\_init

(8)、控制台初始化console\_init\_r

(9)、网卡芯片初始化eth\_initialize

(10)、uboot进入主循环main\_loop

void start\_armboot (void)

//全局数据变量指针gd占用r8。

DECLARE\_GLOBAL\_DATA\_PTR;

gd=(gd\_t\*)(\_armboot\_start - CFG\_MALLOC\_LEN - sizeof(gd\_t));

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;//u-boot长度。

for (init\_fnc\_ptr=init\_sequence; \*init\_fnc\_ptr; ++init\_fnc\_ptr) \{

if ((\*init\_fnc\_ptr)() !=0) \{

hang ();

mem\_malloc\_init (\_armboot\_start - CFG\_MALLOC\_LEN);

env\_relocate ();

gd->bd->bi\_ip\_addr=getenv\_IPaddr ("ipaddr");

devices\_init ();

jumptable\_init (); //跳转表初始化

console\_init\_r ();

enable\_interrupts ();

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

load\_addr=simple\_strtoul (s, NULL, 16);

for (;;) \{

main\_loop ();

函数指针数组init\_sequence：

init\_fnc\_t \*init\_sequence\[\]=\{

cpu\_init,//CPU架构的初始化，为空cpu\\s5pc11x\\cpu.c

board\_init,//开发板初始化board\\samsung\\smdkc110\\smdkc110.c

interrupt\_init,//定时器timer4初始化cpu\\s5pc11x\\interrupts.c

env\_init,//环境变量初始化common\\env\_movi.c

init\_baudrate,//波特率设置lib\_arm\\board.c

serial\_init,//延时函数Ｃ，没有再次初始化串口cpu\\s5pc11x\\serial.c

console\_init\_f,//控制台第一阶段初始化，控制台未初始化好common\\console.c

display\_banner,//用串口发送uboot版本信息lib\_arm\\board.c

\#if defined(CONFIG\_DISPLAY\_CPUINFO)

print\_cpuinfo,//串口打印系统时钟信息cpu\\s5pc11x\\s5pc110\\speed.c

\#endif

\#if defined(CONFIG\_DISPLAY\_BOARDINFO)

checkboard,//打印开发板信Board:SMDKV210

//board\\samsung\\smdkc110\\smdkc110.c

\#endif

\#if defined(CONFIG\_HARD\_I2C) || defined(CONFIG\_SOFT\_I2C)

init\_func\_i2c,//SMDKV210未定义I2C，函数为空lib\_arm\\board.c

\#endif

dram\_init,//初始化gd->bd->bi\_dram，开发板的SDRAM配置信息

board\\samsung\\smdkc110\\smdkc110.c

display\_dram\_config,//串口打印出DRAM的大小信息，DRAM:xxxMB

lib\_arm\\board.c

NULL,

\};

board\_init函数：

dm9000\_pre\_init();//网卡初始化，GPIO和端口设置

gd->bd->bi\_arch\_number=MACH\_TYPE;//开发板的机器码，uboot的机器码和linux的机器码之间必须适配

gd->bd->bi\_boot\_params=(PHYS\_SDRAM\_1+0x100);//uboot给内核的传参地址

display\_banner函数：

打印uboot版本信息：uboot-1.3.4

print\_cpuinfo函数：

打印CPU时钟系统的时钟信息

checkboard函数：

打印出开发板信息Board: SMDKV210

display\_dram\_config函数：

打印出DRAM的大小信息，DRAM:xxxMB

打印出的信息可以作为调试使用，依次遍历调用函数指针数组init\_sequence中的函数，如果有函数执行出错，则执行hang函数，打印出”\#\#\# ERROR \#\#\# Please RESET the board \#\#\#”，进入死循环。

[wKioL1drRfTyRHOGAADgnjy9DiE579.jpg]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/89f156a7bd56cb92b8f1ad35d430eaf5.jpeg

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