本次移植使用的是U-boot-2009.11。
先來看看源碼目錄結構，再按照代碼的執行順序簡單地分析源碼
1.U-boot源碼整體框架
源碼解壓以後，我們可以看到以下的文件和文件夾：
|
cpu |
與處理器相關的文件。每個子目錄中都包括cpu.c和interrupt.c、start.S、u-boot.lds。 cpu.c初始化CPU、設置指令Cache和數據Cache等 interrupt.c設置系統的各種中斷和異常 start.S是U-boot啓動時執行的第一個文件，它主要做最早其的系統初始化，代碼重定向和設置系統堆棧，爲進入U-boot第二階段的C程序奠定基礎 u-boot.lds鏈接腳本文件，對於代碼的最後組裝非常重要 |
|
|
board |
已經支持的所有開發板相關文件，其中包含SDRAM初始化代碼、Flash底層驅動、板級初始化文件。 其中的config.mk文件定義了TEXT_BASE，也就是代碼在內存的其實地址，非常重要。 |
|
|
common |
與處理器體系結構無關的通用代碼，U-boot的命令解析代碼/common/command.c、所有命令的上層代碼cmd_*.c、U-boot環境變量處理代碼env_*.c、等都位於該目錄下 |
|
|
drivers |
包含幾乎所有外圍芯片的驅動，網卡、USB、串口、LCD、Nand Flash等等 |
|
|
disk fs net |
支持的CPU無關的重要子系統： 磁盤驅動的分區處理代碼 文件系統：FAT、JFFS2、EXT2等 網絡協議：NFS、TFTP、RARP、DHCP等等 |
|
|
include |
頭文件，包括各CPU的寄存器定義，文件系統、網絡等等 configs子目錄下的文件是與目標板相關的配置頭文件 |
|
|
doc |
U-Boot的說明文檔，在修改配置文件的時候可能用得上 |
|
|
lib_arm |
處理器體系相關的初始化文件 比較重要的是其中的board.c文件，幾乎是U-boot的所有架構第二階段代碼入口函數和相關初始化函數存放的地方。 |
|
|
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 |
外部擴展應用程序的API和範例 |
|
|
nand_spl onenand_ipl post |
一些特殊構架需要的啓動代碼和上電自檢程序代碼 |
|
|
libfdt |
支持平坦設備樹(flattened device trees)的庫文件 |
|
|
tools |
編譯S-Record或U-Boot映像等相關工具，製作bootm引導的內核映像文件工具mkimage源碼就在此 |
|
|
Makefile MAKEALL config.mk rules.mk mkconfig |
控制整個編譯過程的主Makefile文件和規則文件 |
|
|
CHANGELOG CHANGELOG-before-U-Boot-1.1.5 COPYING CREDITS MAINTAINERS README |
一些介紹性的文檔、版權說明 |
|
標爲紅色的是移植時比較重要的文件或文件夾。
2. U-boot代碼的大致執行流程（以S3C24x0爲例）
從鏈接腳本文件u-boot.lds中可以找到代碼的起始：
|
OUTPUT_FORMAT("elf32-littlearm", "elf32-littlearm", "elf32-littlearm") OUTPUT_ARCH(arm) ENTRY(_start) SECTIONS { . = 0x00000000;
. = ALIGN(4); .text : { cpu/arm920t/start.o (.text) *(.text) } …... |
從中知道程序的入口點是_start，定位於cpu/arm920t /start.S（即u-boot啓動的第一階段）。
下面我們來仔細分析一下 start.S。（請對照數據手冊閱讀源碼）:
|
#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 */ …... |
//位於\include目錄下是一個包含其他頭文件的頭文件 //位於\include\linux目錄下
u-boot的主入口，跳入了後面的start_code
這些是跳轉向量表，和芯片的體系結構有關
ldr語句的意思是將第二個操作數（如：_undefined_instruction）指向的地址數據傳給PC
.word 爲定義一個4字節的空間 undefined_instruction 爲地址， 即後面標號所對的偏移地址數據
16字節對齊，並以0xdeadbeef填充，它是個Magic number 。
這些和上面的一樣，定義一個4字節的空間存放地址
代碼從這裏開始執行！！
讓系統進入SVC（管理員模式）
這些都是爲AT91RM9200寫的
系統時鐘的寄存器地址定義
關閉看門狗
關閉所有中斷
設置時鐘的分頻比
跳入cpu_init_crit ，這是一個系統初始化函數，他還會調用board/*/lowlevel_init.S中的lowlevel_init函數。 主要是對系統總線的初始化，初始化了連接存儲器的位寬、速度、刷新率等重要參數。經過這個函數的正確初始化，Nor Flash、SDRAM纔可以被系統使用。下面的代碼重定向就依賴它。 代碼重定向，它首先檢測自己是否已經在內存中： 如果是直接跳到下面的堆棧初始化代碼 stack_setup。 如果不是就將自己從Nor Flash中拷貝到內存中
自拷貝循環
請注意看英文註釋
堆棧初始化代碼（爲第二階段的C語言做準備）
對BSS段清零（爲第二階段的C語言做準備） BSS段（bss segment）通常是用來存放程序中未初始化的全局變量的一塊內存區域。BSS是英文Block Started by Symbol的簡稱。BSS段屬於靜態內存分配。在編譯時，編譯器已經爲他們分配好了空間，只不過他們的值爲0，爲了節省空間，在bin或ELF文件中不佔空間。 編譯器會計算出_bss_start和_bss_end的值，不是定義的
跳入第二階段的C語言代碼入口_start_armboot （已經被重定向到內存）
前面所說的cpu_init_crit 系統初始化函數
操作CP15協處理器，
調用board/*/lowlevel_init.S中的lowlevel_init函數，對系統總線的初始化，初始化了連接存儲器的位寬、速度、刷新率等重要參數。經過這個函數的正確初始化，Nor Flash、SDRAM纔可以被系統使用。 後面的代碼略，主要是中斷相關代碼，但是U-boot基本不使用中斷所以暫且略過。 |
現在我們再來看看lib_arm/board.c中的第二階段入口函數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 #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這兩個數據結構比較重要，建議大家看看。 分配一個存儲全局數據的區域，地址給指針 gd
全局數據的區清零 給 gd->bd（指針）賦值（在gd的前面）並清零
gd->flags 賦值，表示已經重定向（在內存中） monitor_flash_len爲u-boot代碼長度。 初始化循環： init_sequence 是一個初始化函數集的函數指針數組（後面講解） 如果有任何一個函數失敗就進入死循環。 這個始化函數集比較重要，建議大家認真跟蹤一下。
初始化堆空間，清零。
初始化Nor Flash相關參數，並顯示其大小。
初始化VFD存儲區（LCD顯示相關）
初始化LCD顯存
初始化Nand Flash控制器，並顯示其容量大小。
初始化OneNand
初始化 DataFlash
初始化環境變量，如果認爲沒有找到存儲其中的，就用默認值並打印：“*** Warning - bad CRC, using default environment”。這是我們常看到的。
初始化 VFD（LCD顯示相關）
初始化串口。
從環境變量裏獲取IP地址
初始化標準輸入輸出設備。比如：串口、LCD、鍵盤等等
初始化全局數據表中的跳轉表gd->jt。 跳轉表是一個函數指針數組，定義了u-boot中基本的常用的函數庫，gd->jt是這個函數指針數組的首指針。
初始化API，用於爲U-boot編寫的“應用程序”
初始化 console，平臺無關，不一定是串口哦，如果把標準輸出設爲vga，字符會顯示在LCD上。
平臺相關的其他初始化，有的平臺有
中斷使能（一般不使用，很多平臺此函數是空的）
TI芯片中的內置MAC初始化（平臺相關）
一種網卡芯片初始化（平臺相關）
獲取 bootfile參數
一些板級初始化（有的板子有）
SD卡/MMC控制器初始化
MII相關初始化
網卡初始化
進入主循環，其中會讀取bootdelay和bootcmd 在bootdelay時間內按下鍵進入命令行，否則執行bootcmd的命令。 |
標有紅色的是比較重要的地方。
大致的U-boot啓動流程就簡單介紹到這。