1.1 uboot的介紹
Uboot是德國DENX小組的開發用於多種嵌入式CPU的bootloader程序, UBoot不僅僅支持嵌入式Linux系統的引導，當前，它還支持NetBSD, VxWorks, QNX, RTEMS, ARTOS, LynxOS嵌入式操作系統。UBoot除了支持PowerPC系列的處理器外，還能支持MIPS、 x86、ARM、NIOS、XScale等諸多常用系列的處理器。
1.2 uboot的體系結構
目錄樹
|--board
|--common
|--cpu
|--disk
|--doc
|--drivers
|--dtt
|--examples
|--fs
|--include
|--lib_arm
|--lib_generic
|--net
|--post
|--rtc
|--tools
2. board：和一些已有開發板有關的文件. 每一個開發板都以一個子目錄出現在當前目錄中，比如說: leopard2a子目錄中存放與我們開發板相關的配置文件.
3. common：實現uboot命令行下支持的命令，每一條命令都對應一個文件。例如bootm命令對應就是cmd_bootm.c。
4. cpu：與特定CPU架構相關目錄，每一款Uboot下支持的CPU在該目錄下對應一個子目錄，比如有子目錄arm926ejs就是我們開發板上使用的cpu架構目錄。
5. disk：對磁盤的支持。
5. doc：文檔目錄。Uboot有非常完善的文檔，推薦大家參考閱讀。
6. drivers：Uboot支持的設備驅動程序都放在該目錄，比如各種網卡、支持CFI的Flash、串口和USB等。
7. fs: 支持的文件系統，Uboot現在支持cramfs、fat、fdos、jffs2和registerfs。
8. include：Uboot使用的頭文件，還有對各種硬件平臺支持的彙編文件，系統的配置文件和對文件系統支持的文件。該目錄耤onfigs目錄有與開發 板相關的配置頭文件，如leopard2a.h。該目錄下的asm目錄有與CPU體系結構相關的頭文件，asm對應的是asmarm.
9. lib_xxxx: 與體系結構相關的庫文件。如與ARM相關的庫放在lib_arm中。
10. net：與網絡協議棧相關的代碼，BOOTP協議、TFTP協議、RARP協議和NFS文件系統的實現。
11. tools：生成Uboot
的工具，如：mkimage, crc等等。
2. uboot的運行過程分析
2.1 啓動模式介紹
大多數 Boot Loader 都包含兩種不同的操作模式："啓動加載"模式和"下載"模式，這種區別僅對於開發人員纔有意義。但從最終用戶的角度看，Boot Loader 的作用就是用來加載操作系統，而並不存在所謂的啓動加載模式與下載工作模式的區別。
啓動加載（Boot loading）模式：這種模式也稱爲"自主"（Autonomous）模式。也即 Boot Loader 從目標機上的某個固態存儲設備上將操作系統加載到 RAM 中運行，整個過程並沒有用戶的介入。這種模式是 BootLoader 的正常工作模式，因此在嵌入式產品發佈的時侯，Boot Loader 顯然必須工作在這種模式下。
下載（Downloading）模式：在這種模式下，目標機上的 Boot Loader 將通過串口連接或網絡連接等通信手段從主機（Host）下載文件，比如：下載內核映像和根文件系統映像等。從主機下載的文件通常首先被 BootLoader 保存到目標機的 RAM 中，然後再被 BootLoader 寫到目標機上的FLASH 類固態存儲設備中。BootLoader 的這種模式通常在第一次安裝內核與根文件系統時被使用；此外，以後的系統更新也會使用 BootLoader 的這種工作模式。工作於這種模式下的 Boot Loader 通常都會向它的終端用戶提供一個簡單的命令行接口。
UBoot這樣功能強大的 Boot Loader 同時支持這兩種工作模式，而且允許用戶在這兩種工作模式之間進行切換。
2.2 運行過程
大多數bootloader都分爲階段1(stage1)和階段2(stage2)兩大部分，uboot也不例外。依賴於CPU體系結構的代碼（如CPU 初始化代碼等）通常都放在階段1中且通常用彙編語言實現，而階段2則通常用C語言來實現，這樣可以實現複雜的功能，而且有更好的可讀性和移植性。
U - Boot 編譯後的代碼定義一般不超過100kB ,並且這100 kB 又分成兩個階段來執行. 第一階段的代碼在start . s 中定義,大小不超過10 kB ,它包括從系統上電後在0x00000000 地址開始執行的部分. 這部分代碼運行在Flash 中,它包括對arm926ejs的一些寄存器的初始化和將U - Boot 的第二階段代碼從Flash 拷貝到SDRAM 中. 除去第一階段的代碼,剩下的部分都是第二階段的代碼. 第二階段的起始地址是在第一階段代碼中指定的,被複制到SDRAM後,就從第一階段跳到這個入口地址開始執行剩餘部分代碼. 第二階段主要是進行一些BSS 段設置,堆棧的初始化等工作,最後會跳轉到main -loop 函數中,接受命令並進行命令處理. 圖1 給出了U - Boot 的詳細的運行過程包括對內核的設置、裝載及調用過程.
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系統復位進入u-boot stage l的入口點 |
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硬件設備的初始化 |
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爲加載uboot stage 2準備ram空間 |
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設置好堆棧 |
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跳轉到stage 2的C入口點 |
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初始化本階段要用到的設備 |
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檢查內存映射 |
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將kernel映像和文件映像從flash中讀到ram中 |
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爲內核設定啓動參數 |
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調用內核 |
2.3 本開發板的地址分佈（leopard2a）
可以根據變換後的分區結構，設置
uboot_addr,uboot_addr_end,kernel_addr,kernel_addr_end,rootfs_addr,rootfs_addr_end,
config_addr, config_addr_end等環境變量，調整bootloader。
SDRAM的調整修改linux-2.4.20_mvl31/drivers/mtd/maps/physmap.c
2.4 運行代碼分析
2.4.1 stage 1
uboot的stage1代碼通常放在start.s文件中，它用彙編語言寫成，其主要代碼包括定義入口，設置異常向量，設置cpu的模式和頻率，配置內存區控制寄存器，安裝uboot的棧空間，關閉看門狗等。由於本人對ram的彙編不太熟悉，所以這一部分不作具體分析。
2.4.2 stage 2
lib_arm/board.c中的start armboot是C語言開始的函數，也是整個啓動代碼中C語言的主函數，同時還是整個uboot(armboot）的主函數，該函數主要完成如下操作：
2.4.2.1 調用一系列初始化函數
1. 指定初始函數表：
init_fnc_t *init_sequence[] = {
cpu_init, /* cpu的基本設置 */
board_init, /* 開發板的基本初始化 */
interrupt_init, /* 初始化中斷 */
env_init, /* 初始化環境變量 */
init_baudrate, /* 初始化波特率 */
serial_init, /* 串口通訊初始化 */
console_init_f, /* 控制檯初始化第一階段 */
display_banner, /* 通知代碼已經運行到該處 */
dram_init, /* 配製可用的內存區 */
display_dram_config,
#if defined(CONFIG_VCMA9) || defined (CONFIG_CMC_PU2)
checkboard,
#endif
NULL,
};
執行初始化函數的代碼如下：
for (init_fnc_ptr = init_sequence; *init_fnc_ptr; ++init_fnc_ptr) {
if ((*init_fnc_ptr)() != 0) {
hang ();
}
}
2. 配置可用的Flash區
flash_init ()
3. 初始化內存分配函數
mem_malloc_init()
4. nand flash初始化
#if (CONFIG_COMMANDS & CFG_CMD_NAND)
puts ("NAND:");
nand_init(); /* go init the NAND */
#endif
5. 初始化環境變量
env_relocate ();
6. 外圍設備初始化
devices_init()
7. I2C總線初始化
i2c_init();
8. LCD初始化
drv_lcd_init();
9. VIDEO初始化
drv_video_init();
10. 鍵盤初始化
drv_keyboard_init();
11. 系統初始化
drv_system_init();
2.4.2.2初始化網絡設備
初始化相關網絡設備，填寫IP、MAC地址等。
1. 設置IP地址
gd->bd->bi_ip_addr = getenv_IPaddr ("ipaddr");
2. 設置mac地址
{
int i;
ulong reg;
char *s, *e;
uchar tmp[64];
i = getenv_r ((uchar*)("ethaddr"), tmp, sizeof (tmp));
s = (i > 0) ? (char*)tmp : NULL;
for (reg = 0; reg < 6; ++reg) {
gd->bd->bi_enetaddr[reg] = s ? simple_strtoul (s, &e, 16) : 0;
if (s)
s = (*e) ? e + 1 : e;
}
}
2.4.2.3進入主UBOOT 命令行
進入命令循環（即整個boot的工作循環），接受用戶從串口輸入的命令，然後進行相應的工作。
for (;;) {
main_loop ();
}}
3. uboot的移植和測試
3.1 移植的過程
① 在宿主機上建立交叉編譯開發環境
② 修改cpu／arm926ejst目錄中的文件內容，
主要包含cpu．C，start．S，interrupts．C以及seria1．C，speed．C等文件
③ 在board目錄下創建自己的目標板(開發板)目錄leopard2a
在目錄下創建leopard2a．C，flash．C，memsetup．S
以及Makefile，u-bot．1ds，config．mk文件
④在include／configs目錄下創建leopard2a．h
⑤ 打開u-bot目錄下Makefile文件，加入如下兩行：
leopard2a_config : unconfig
@./mkconfig $(@:_config=) arm arm926ejs leopard2a
⑨ 編譯。運行命令：
1. make leopard2a_config
2. make
編譯成功．生成基本的u—b00t．
⑦ 燒寫．把編譯成的u-bot．bin
至此移植u-bot過程結束．
3.2 移植主要修改的文件
移植u—boot到開發板上只需要修改和硬件相關的代碼即可。這首先就聯想到cpu目錄下的啓動代碼，另外參考u—boot／readme文件可知其他還需要修改的主要文件有：
Makefile文件，和include目錄下的目標板．h頭文件(leopard2a．h)，board目錄下的目標板．C文件(leopard2a．c)，flash．C文件，u-boot．1ds鏈接文件，以及cpu目錄下的串口驅動文件。
具體修改如下：
① cpu／arm926ejst目錄下
◆ start．S啓動代碼。
② board/leopard2a
◆ leopard2a．C文件。這個文件主要是SDRAM 的驅動程
序，主要完成SDRAM 的UPM 表設置，上電初始化。暫時不
改。
◆ flash．C文件。Flash的驅動程序就在此文件中。
◆ memsetup．S文件。
◆ config．mk文件．此文件用於設置程序鏈接的起始地
址．
◆u-boot．Ids文件。
③ include／configs目錄下leopard2a．h文件．此文件是
leopard2a目標板頭文件，大多數寄存器參數是在這一文件中
設置完成的．
3.3 uboot網絡下載功能的添加和RAM調試
在commom/main.c 中的main_loop函數中添加tftp下載的函數，可以通過按鈕觸發下載rimage，kimage。
在燒錄u-boot.bin之前，需要進行ram調試，保證uboot可以在EVB上正常運行。
先下載U-boot 到SDRAM上, 然後執行SDRAM 上的U-boot 程序, 以確認U-boot可以正常執行,
Command 如下:
1. “tftp a00000 u-boot.bin” <= 下載程序到SDRAM
2. “go a00000” <= 從SDRAM 執行程序
如果U-boot 可以相容於目前的硬件, 5VT EVB 會重新正常啟動
要是不能正常啟動,表示U-boot 不相容於目前的硬件, 請更換新的u-boot.
再重新測試, 直到被測試的U-boot可以正常啟動。
① 獲得發佈的最新版本U-Boot源碼，與Linux內核源碼類似，也是
bzip2的壓縮格式。可從U-Boot的官方網站http://sourceforge.net/projects/U-Boot上獲得；
②
閱讀相關文檔，主要是U-Boot源碼根目錄下的README文檔和U-Boot官方網站的DULG（The
DENX U-Boot and Linux Guide）文檔http://www.denx.de/twiki/bin/view/DULG/Manual。尤其是DULG文檔，從如何安裝建立交叉開發環境和解決U-Boot移植中常見問題都一一給出詳盡的說明；
③ 訂閱U-Boot用戶郵件列表http://lists.sourceforge.net/lists/listinfo/u-boot-users。在移植U-Boot過程中遇有問題，在參考相關文檔和搜索U-Boot-User郵件檔案庫http://sourceforge.net/mailarchive/forum.php?forum_id=12898仍不能解決的情況下，第一時間提交所遇到的這些問題，衆多熱心的U-Boot開發人員會樂於迅速排查問題，而且很有可能，W.D本人會直接參與指導；
④
在建立的開發環境下進行移植工作。絕大多數的開發環境是交叉開發環境。在這方面，DENX
和MontaVista均提供了完整的開發工具集；