make smdkc100_defconfig
以被默認支持的smdkc100單板爲背景分析u-boot v2018.01
- 參考圖1可知uboot code鏈接順序：
圖1 u-boot.lds
一、sections.c (arch\arm\lib)
第24行:
char __image_copy_start[0] __attribute__((section(".__image_copy_start")));不佔內存空間，可在u-boot鏡像開始位置生成標籤__image_copy_start。
二、vectors.S (arch\arm\lib)
圖2 .vectors段頭部
_start:建立異常向量表。
某些SOC要求Bootloader頭部有hook數據用來指導BL0（固化在iROM）將Nand flash中的BootLoader加載到iRAM中。此時需定義
CONFIG_ENABLE_ARM_SOC_BOOT0_HOOK，及定義asm/arch/boot0.h 文件，參考arch\arm\include\asm\arch-bcm281xx\boot0.h
三、start.S (arch\arm\cpu\armv7)
reset:
1. 設置CPSR：CPU爲SVC模式，禁止IRQ/FIQ；
2. 通過SCTLR和VBAR設置異常向量表的地址到_start；
3. cpu_init_cp15: 失效TLB、L1 icache、BP數組；關MMU、dcache，開icache和分支預測；將CPU的
variant + revision存於R2；
4. cpu_init_crit: 調用lowlevel_init(board\samsung\smdkc100\lowlevel_init.S)：
① 關閉看門狗；
② 設置SRAM；
③ 禁止所有中斷線，並設爲IRQ及清除標誌位；
④ 初始化uart的引腳；
⑤ 初始化tzpc爲關閉；
5. 跳到_main。
四、crt0.S (arch\arm\lib)
_main:
1. 設置sp爲0x2f000000；
2. 調用board_init_f_alloc_reserve (top=0x2f000000)（common\init\board_init.c）：返回top =
（0x2f000000 - 1KB(malloc) - sizeof(struct global_data) ） & ~0xF ;
3. r9(gd) = sp = top;
4. 調用board_init_f_init_reserve (base=top)：struct global_data清0，gd->malloc_base設在
struct global_data之上；如下圖所示爲建立C語言運行環境的內存分佈：
圖3 C運行環境建立
5. 調用board_init_f (boot_flags=0)（common\board_f.c）：gd->flags = 0，gd->have_console = 0，執行
init_sequence_f[]中的函數：
(1) setup_mon_len()：設gd->mon_len爲__bss_end-_start;
(2) fdtdec_setup()：gd->fdt_blob設在_end(CONFIG_OF_SEPARATE=> u-boot.bin = uboot+dtb)，或用
default_environment的"fdtcontroladdr"覆蓋其值；檢查設備樹的header；
(3) initf_malloc()：設gd->malloc_limit爲（1KB），gd->malloc_ptr = 0；
(4) log_init()，initf_bootstage()， initf_console_record()：空；
(5) arch_cpu_init()：讀PRO_ID寄存器內容解析出CPU id到全局變量s5p_cpu_id；
(6) mach_cpu_init()：空；
(7) initf_dm()：初始化dm資源，綁定dm驅動到gd中，掃描設備樹中dm設備內容；
(8) arch_cpu_init_dm()：空；
(9) timer_init()：初始化定時器4和gd->arch中的定時器成員；
(10) env_init()：通過默認env_driver初始化env或者gd->env_addr = (ulong)&default_environment[0];,
gd->env_valid = ENV_VALID;
(11) init_baud_rate()：gd->baudrate設爲env中"baudrate"的值；
(12) serial_init()(drivers\serial\serial-uclass.c)：在設備樹中找"stdout-path"的節點，用節點找
UCLASS_SERIAL類設備probe起來，gd->cur_serial_dev = dev;，gd->flags |= GD_FLG_SERIAL_READY；
(13) console_init_f()：gd->have_console = 1，用CONFIG_SILENT_CONSOLE可讓控制檯“沉默”；
(14) display_options()：打印u-boot版本信息；
(15) display_text_info()：開debug時，打印u-boot code的內存地址；
(16) print_cpuinfo()(arch\arm\cpu\armv7\s5p-common\cpu_info.c)：打印設備樹"cpu-model"標籤的data，
或字符串S5P和s5p_cpu_id變量值；打印CPU主頻；
(17) show_board_info()：打印設備樹"model"的data和單板名；
(18) announce_dram_init()，dram_init()：初始化gd->ram_size爲通過寫讀SDRAM校驗後得到的實際大小；
Now that we have DRAM mapped and working, we can relocate the code and continue running from DRAM.
(19) setup_dest_addr()：gd->ram_top，gd->relocaddr設爲SDRAM末尾：
CONFIG_SYS_SDRAM_BASE + gd->ram_size；
(20) reserve_round_4k()：gd->relocaddr調整爲4KB對齊；
(21) reserve_mmu()：gd->arch.tlb_size設爲16KB，SDRAM爲TLB預留空間，設置gd->arch.tlb_addr；
(22) reserve_video()：依賴CONFIG_LCD(未定義)，爲顯存預留內存，初始化gd->fb_base；
(23) reserve_trace()：依賴CONFIG_TRACE(未定義)，初始化gd->trace_buff；
(24) reserve_uboot()：預留gd->mon_len個字節給u-boot code，地址存於gd->relocaddr;
(25) reserve_malloc()：預留malloc和env區；
(26) reserve_board()：預留struct bd_info的空間並清零，地址存於gd->bd；
(27) setup_machine()：依賴CONFIG_MACH_TYPE(未定義)，設置gd->bd->bi_arch_number；
(28) reserve_global_data()：預留struct global_data的空間，地址存於gd->new_gd；
(29) reserve_fdt()：預留存放設備樹的內存，設置gd->fdt_size和gd->new_fdt;
(30) reserve_bootstage()：依賴CONFIG_BOOTSTAGE(未定義)，預留存放struct bootstage_data的內存，設置
gd->new_bootstage;
(31) reserve_arch()：空；
(32) reserve_stacks()：設置gd->irq_sp(需16B對齊)，預留爲4個word的地址記到gd->start_addr_sp；
函數(19)到(32)進行的內存劃分結果如圖4所示：
圖4 重定位前內存劃分
(33) dram_init_banksize()：初始化gd->bd->bi_dram；
(34) show_dram_config()：打印DRAM的大小；
(35) display_new_sp()：打印gd->start_addr_sp的值；
(36) reloc_fdt()：將gd->fdt_blob地址的設備樹重定位到gd->new_fdt地址上，更新gd->fdt_blob；
(37) reloc_bootstage()：依賴CONFIG_BOOTSTAGE（未定義），重定位gd->bootstage內容到
gd->new_bootstage，更新gd->bootstage；
(38) setup_reloc()：初始化gd->reloc_off爲重定位目標地址與鏈接地址之差，重定位gd_t內容到
gd->new_gd；
6. 執行sp = gd->start_addr_sp，r9(gd) = gd->new_gd，記錄重定位代碼後的here地址到lr，執行
relocate_code (gd->relocaddr)(arch\arm\lib\relocate.S)，如圖5所示：
① 將地址__image_copy_start至__image_copy_end的u-boot code 重定位到地址gd->relocaddr；
② 通過.rel.dyn段確定u-boot code中所有符號索引的內存地址，用重定位偏移校正符號索引的值[1]；
圖5 動態重定位
跳轉到重定位後的u-boot code執行以下代碼：
here:
7. 調用relocate_vectors()設置VBAR重定位異常向量表地址到gd->relocaddr；c_runtime_cpu_setup()
（arch\arm\cpu\armv7\start.S）失效icache內容，數據同步內存屏障(DSB)，指令同步內存屏障(ISB)；執行
memset(__bss_start,__bss_end,__bss_end-__bss_start)清零BSS段；
8. coloured_LED_init()，red_led_on()，空；
9. 執行board_init_r (gd, gd->relocaddr)；正式進入bootloader第二階段。
五、board_init_r(gd, gd->relocaddr) (common/board_r.c)
1. gd->flags &= ~GD_FLG_LOG_READY;：指示log系統未初始化；
2. 調用init_sequence_r[]中函數，打印函數指針鏈接地址和重定位地址（需開DEBUG）：
(1) initr_trace()：依賴CONFIG_TRACE(未定義)，trace system函數未實現；
(2) initr_reloc()：gd->flags |= GD_FLG_RELOC | GD_FLG_FULL_MALLOC_INIT;標誌重定位完成；
(3) initr_caches()：調用arch/arm/mach-s5pc1xx/cache.c函數，開dcache (undef CONFIG_SYS_DCACHE_OFF)；
(4) initr_reloc_global_data()：重定位全局變量：monitor_flash_len，gd->fdt_blob(CONFIG_OF_EMBED)，
EFI的擴展固件(CONFIG_EFI_LOADER)；
(5) initr_barrier()：空；
(6) initr_malloc()：初始化malloc功能和清零malloc區；
(7) log_init()：依賴CONFIG_LOG(未定義)，初始化log驅動；
(8) initr_bootstage()：設進度爲BOOTSTAGE_ID_START_UBOOT_R，並記到bootstage(依賴CONFIG_BOOTSTAGE
-未定義)，show_boot_progress()(未實現)提示進度，枚舉bootstage_id羅列了進度id；
(9) initr_console_record()：依賴CONFIG_CONSOLE_RECORD（未定義），給console record功能分配內存；
(10) bootstage_relocate()：依賴CONFIG_BOOTSTAGE(未定義)，重定位gd->bootstage的內容；
(11) initr_of_live()：依賴CONFIG_OF_LIVE(未定義)，用gd->fdt_blob在堆上建立設備樹；
(12) initr_dm()：依賴CONFIG_DM，初始化驅動模型，綁定所有設備（使用U_BOOT_DEVICE或設備樹中聲明）和
驅動（U_BOOT_DRIVER聲明）並probe；
(13) board_init()：smc9115連到SOC接口和對應SROMC的初始化，保存機器ID到gd->bd->bi_arch_number，
設置gd->bd->bi_boot_params保存引導操作系統的啓動參數；
(14) efi_memory_init()：依賴CONFIG_EFI_LOADER，初始化EFI功能及分配內存；
(15) stdio_init_tables()：初始化標準輸入輸出設備鏈表；
(16) initr_serial()：調用drivers/serial/serial-uclass.c（依賴CONFIG_DM_SERIAL），在設備樹alias節點
獲得屬性"stdout-path"或"console"，從而得到作爲標準輸入輸出的設備節點，生成UCLASS_SERIAL類的
udevice來匹配兼容的驅動及probe；該串行設備記錄到gd->cur_serial_dev；標誌GD_FLG_SERIAL_READY;；
(17) initr_announce()：打印u-boot重定位後起始地址(需開DEBUG)；
(18) power_init_board()：空；
(19) initr_nand()：依賴CONFIG_CMD_NAND，調用nand硬件驅動之board_nand_init()填充nand_chip的成員，
架構層通過nand驅動掃描外部nand設備，從而完善MTD原始設備mtd_info並註冊到MTD子系統；打印nand
的容量；
(20) initr_env()：通用env層(env/env.c)調用env硬件驅動層(若定義CONFIG_ENV_IS_IN_NAND則在env/nand.c)，
加載nand中CONFIG_ENV_OFFSET開始的env數據到棧中，檢查crc成功則將其（失敗則使用default_environment
）複製到堆中，內存地址記錄進env_htab，標誌置位GD_FLG_ENV_READY或GD_FLG_ENV_DEFAULT；插入或設置環
境變量fdtcontroladdr爲gd->fdt_blob；
(21) initr_secondary_cpu()：空；
(22) stdio_add_devices()：調用drv_xxx_init()（需開CONFIG_XXX），如drv_lcd_init()(需定義CONFIG_LCD)，
drv_system_init()則關於串口；驅動通用層填充stdio_dev並註冊添加到標準輸入輸出鏈表上，在硬件驅動
層做硬件初始化；
(23) initr_jumptable()：爲函數跳轉表(struct jt_funcs定義)分配內存並記錄內存地址到gd->jt；
(24) console_init_r()：定義CONFIG_SILENT_CONSOLE和環境變量"silent"可標誌GD_FLG_SILENT，在標準輸入輸
出設備表(stdio_add_devices()生成,common/console.c)將首個標誌爲DEV_FLAGS_INPUT或DEV_FLAGS_OUTPUT作
爲控制檯io設備，設置環境變量”stdxxx”爲設備名，標誌GD_FLG_DEVINIT；
(25) interrupt_init()，initr_enable_interrupts：關於irq棧的設置；
(26) initr_ethaddr()：設置gd->bd->bi_enetaddr爲環境變量"ethaddr"的值；
(27) initr_net()：通過網絡設備驅動通用層(net/eth_legacy.c)調用硬件驅動層smc911x_initialize()初始化網
路設備，檢測環境變量"ethaddr"值有效性，爲空則生成隨機MAC地址（需開CONFIG_NET_RANDOM_ETHADDR），
網絡設備名記錄到環境變量"ethact"；
(28) run_main_loop()：初始化hush解析器(CONFIG_HUSH_PARSER)，用環境變量"bootdelay"或設備樹節點config
的屬性bootdelay作爲啓動延遲時間，通過hush解析控制檯輸入的內容打斷倒計時並進入命令行；倒計時期間
控制檯無輸入則執行環境變量或設備樹/config節點的bootcmd，最後執行命令bootm 0x30007FC0；
六、bootm 0x30007FC0 (cmd/bootm.c)
1. do_bootm(...)執行該命令，作命令的解析；
2. do_bootm_states(...)，如下內容：
3. bootm_start()：環境變量verify決定後續是否對kernel鏡像進行校驗和檢查，lmb(logical memory blocks)相關內
容的初始化；
4. bootm_find_os()：
(1) boot_get_kernel()：獲取kernel鏡像格式爲IMAGE_FORMAT_LEGACY，驗證鏡像hcrc，打印鏡像的名字、類型、數
據大小、加載地址和入口地址，驗證dcrc(依賴env的verify)，判斷arch是否支持；
(2) 解析鏡像的結果填充images.os的成員，kernel入口地址記到images.ep，鏡像頭部地址記到images.os.start；
5. bootm_find_other()：
(1) boot_get_ramdisk()：解析ramdisk鏡像，bootm第三個參數爲其地址(如bootm xxx yyy，yyy爲對應地址)；
(2) boot_get_fdt()：獲取和解析設備樹鏡像內容，設備樹鏡像的起始地址需在bootm命令第四個參數指明，如
bootm xxx yyy zzz，zzz爲對應地址；
6. bootm_load_os()：解壓os數據或移動到images->os.load地址，所以kernel應有Load Address=Entry Point；
7. boot_ramdisk_high()：重新定位並初始化ramdisk，需定義CONFIG_SYS_BOOT_RAMDISK_HIGH；
8. bootm_os_get_boot_func(images->os.os)根據os類型獲得啓動函數boot_fn = do_bootm_linux；
9. do_bootm_linux(BOOTM_STATE_OS_PREP, argc, argv, images)： boot_prep_linux()：若未指定傳遞給kernel的設
備樹地址，則建立各種tag到地址gd->bd->bi_boot_params；
10. boot_selected_os()：通過函數指針boot_fn調用do_bootm_linux(BOOTM_STATE_OS_GO, ...)，進而調用
boot_jump_linux(images, BOOTM_STATE_OS_GO)：
(1) 通過gd->bd->bi_arch_number或者環境變量machid獲得機器碼；
(2) announce_and_cleanup()：打印提示開始啓動內核，註銷驅動模型下設備驅動；調用cleanup_before_linux()：
關L1/2 D-cache和MMU，沖刷掉dcache內數據；關I-cache，失效I-cache內條目，失效整個分支預測器陣列；
執行數據和指令內存屏障，確保前面的操作完成；
(3) kernel_entry(0, machid, r2)：參數r2傳遞啓動參數（tag或設備樹）的內存地址，正式跳轉到kernel。
參考文獻
[1] fireaxe. PIC（與位置無關代碼）在u-boot上的實現[EB/OL]. ChinaUnix，2014