2020.02.08
- Uboot啓動過程分析
1.啓動的大概流程
注意：開發板剛上電時，cpu會首先從0x00000000地址處取值，所有會由硬件電路將高地址的IROM映射到0x00000000處，然後去執行
第零步：設置OM PIN引腳，就可以選擇啓動方式了，譬如從SD卡啓動，emmc啓動，norflash啓動等等，我們這裏假設從NAND啓動。
第一步：IROM內的代碼（BL0）對SOC進行初步的初始化工作
第二步：從NAND中複製BL1到SOC內的SRAM，執行BL1內的代碼
第三步：從NAND中複製BL2到SOC內的SRAM，執行BL2內的代碼（作用：初始化SDRAM控制器，那樣我們就可以用DDR內存了）
第四步：把我們的操作系統OS複製到SDRAM中
第五步：我們在BL2中進行一個長跳轉，跳轉到SDRAM中去執行程序，這樣我們整個啓動過程就完成了
另外闡述另外一個比較容易忽略的問題
向量地址映射：根據ARM手冊，一般異常發生以後，地址會被映射到0x00000000或者0xffff0000處，這兩個地址可以通過CP15協處理器進行配置。即IRAM高地址區域會被映射到0x00000000處。
如何確定在0x00000004處；打開S5PV210 ApplicationNote.pdf文檔第13頁，BL1處加載鏡像文件，地址爲0xD0020000,則第一條指令地址爲0xD0020010,0x00000010部分爲校驗和，ldr,pl等指令會被放在0xD0020014處,發現異常以後，ARM會跳轉到0x00000004運行，而不是0xD0020014處，要解釋這個問題，牽扯到另外一個比較大的知識點：異常向量和地址的映射問題
二、uboot第二階段代碼分析
- 分析start_armboot這個函數（逐行分析）
init_fnc_t **init_fnc_ptr;
char *s;
int mmc_exist = 0;
ulong size;
分析：
此處定義了四個變量
ulong gd_base;
gd_base = CFG_UBOOT_BASE + CFG_UBOOT_SIZE - CFG_MALLOC_LEN - CFG_STACK_SIZE - sizeof(gd_t);
分析：
CFG_UBOOT_BASE c3e0_0000
CFG_UBOOT_SIZE 3*1024*1024
CFG_MALLOC_LEN 0X8000 + 1024*1024
CFG_STACK_SIZE 512*1024
具體見下圖分析：
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;
分析：
_bss_start是在鏈接文件中指定, _armboot_start的值就是代碼段開始的地方
for (init_fnc_ptr = init_sequence; *init_fnc_ptr; ++init_fnc_ptr) {
if ((*init_fnc_ptr)() != 0) {
hang ();
}
}
分析：
init_sequence在board.c文件中定義
init_fnc_t *init_sequence[] = {
cpu_init, /* basic cpu dependent setup */
#if defined(CONFIG_SKIP_RELOCATE_UBOOT)
reloc_init, /* Set the relocation done flag, must
do this AFTER cpu_init(), but as soon
as possible */
#endif
board_init, /* basic board dependent setup */
interrupt_init, /* set up exceptions */
env_init, /* initialize environment */
init_baudrate, /* initialze baudrate settings */
serial_init, /* serial communications setup */
console_init_f, /* stage 1 init of console */
#ifndef CONFIG_DIS_BOARD_INFO
display_banner, /* say that we are here */
#if defined(CONFIG_DISPLAY_CPUINFO)
print_cpuinfo, /* display cpu info (and speed) */
#endif
#if defined(CONFIG_DISPLAY_BOARDINFO)
checkboard, /* display board info */
#endif
#endif
#if defined(CONFIG_HARD_I2C) || defined(CONFIG_SOFT_I2C)
init_func_i2c,
#endif
dram_init, /* configure available RAM banks */
display_dram_config,
NULL,
};
分析：
下面逐個分析
Cpu_init
這個裏面啥也沒幹
board_init
{
DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR;
#ifdef CONFIG_DRIVER_SMC911X
smc9115_pre_init();
#endif
#ifdef CONFIG_DRIVER_DM9000
dm9000_pre_init();
#endif
gd->bd->bi_arch_number = MACH_TYPE;
gd->bd->bi_boot_params = (PHYS_SDRAM_1+0x100);
}
這個裏面主要完成網卡的初步初始化，還有就是arch_number 的賦值(2345),還有boot_params賦值 （0x2000_0000 + 0x100）
interrupt_init
這個裏面主要是中斷相關的初始化
env_init
這個函數比較重要，主要完成環境變量相關的初始化
{
#if defined(ENV_IS_EMBEDDED) //此處未定義，直接跳過
size_t total;
int crc1_ok = 0, crc2_ok = 0;
env_t *tmp_env1, *tmp_env2;
total = CFG_ENV_SIZE; //0x4000
tmp_env1 = env_ptr;
tmp_env2 = (env_t *)((ulong)env_ptr + CFG_ENV_SIZE);
//env_ptr指向一個全局數組的第一個元素
extern uchar environment[];
env_t *env_ptr = (env_t *)(&environment[0]);
crc1_ok = (crc32(0, tmp_env1->data, ENV_SIZE) == tmp_env1->crc);
crc2_ok = (crc32(0, tmp_env2->data, ENV_SIZE) == tmp_env2->crc);
if (!crc1_ok && !crc2_ok)
gd->env_valid = 0;
else if(crc1_ok && !crc2_ok)
gd->env_valid = 1;
else if(!crc1_ok && crc2_ok)
gd->env_valid = 2;
else {
/* both ok - check serial */
if(tmp_env1->flags == 255 && tmp_env2->flags == 0)
gd->env_valid = 2;
else if(tmp_env2->flags == 255 && tmp_env1->flags == 0)
gd->env_valid = 1;
else if(tmp_env1->flags > tmp_env2->flags)
gd->env_valid = 1;
else if(tmp_env2->flags > tmp_env1->flags)
gd->env_valid = 2;
else /* flags are equal - almost impossible */
gd->env_valid = 1;
}
if (gd->env_valid == 1)
env_ptr = tmp_env1;
else if (gd->env_valid == 2)
env_ptr = tmp_env2;
#else /* ENV_IS_EMBEDDED */
gd->env_addr = (ulong)&default_environment[0]; //對環境變量賦值，使用默認值
gd->env_valid = 1;
#endif /* ENV_IS_EMBEDDED */
return (0);
}
init_baudrate
完成串口波特率的初始化
{
char tmp[64]; /* long enough for environment variables */
int i = getenv_r ("baudrate", tmp, sizeof (tmp));
//從環境變量中獲取波特率這個字段的值，具體獲取方法不做研究
gd->bd->bi_baudrate = gd->baudrate = (i > 0)
? (int) simple_strtoul (tmp, NULL, 10)
: CONFIG_BAUDRATE;
//對獲取到的波特率進行賦值
return (0);
}
緊接着就是
dram_init
{
DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR;
gd->bd->bi_dram[0].start = PHYS_SDRAM_1;
gd->bd->bi_dram[0].size = PHYS_SDRAM_1_SIZE;
//對dram參數賦值
#if defined(PHYS_SDRAM_2)
gd->bd->bi_dram[1].start = PHYS_SDRAM_2;
gd->bd->bi_dram[1].size = PHYS_SDRAM_2_SIZE;
#endif
}
mem_malloc_init (CFG_UBOOT_BASE + CFG_UBOOT_SIZE - CFG_MALLOC_LEN - CFG_STACK_SIZE);
分析：
此處爲初始化了malloc起始地址和結束地址
#if defined(CONFIG_TQ210) //定義了該宏，本開發板爲TQ210
#if defined(CONFIG_GENERIC_MMC)
#ifndef CONFIG_DIS_BOARD_INFO
puts ("SD/MMC: ");
#endif
mmc_exist = mmc_initialize(gd->bd); //mmc初始化
if (mmc_exist != 0)
{
#ifndef CONFIG_DIS_BOARD_INFO
puts ("0 MB\n");
#endif
}
#endif
#if defined(CONFIG_MTD_ONENAND)
puts("OneNAND: ");
onenand_init();
/*setenv("bootcmd", "onenand read c0008000 80000 380000;bootm c0008000");*/
#else
//puts("OneNAND: (FSR layer enabled)\n");
#endif
#if defined(CONFIG_CMD_NAND)
#ifndef CONFIG_DIS_BOARD_INFO
puts("NAND: ");
#endif
nand_init(); //nandflash初始化
#endif
#endif /* CONFIG_TQ210 */
/* initialize environment */
env_relocate ();
分析：
{
#ifdef ENV_IS_EMBEDDED //定義了該宏
/*
* The environment buffer is embedded with the text segment,
* just relocate the environment pointer
*/
env_ptr = (env_t *)((ulong)env_ptr + gd->reloc_off); // gd->reloc_off的值爲0
DEBUGF ("%s[%d] embedded ENV at %p\n", __FUNCTION__,__LINE__,env_ptr);
#else
/*
* We must allocate a buffer for the environment
*/
env_ptr = (env_t *)malloc (CFG_ENV_SIZE);
DEBUGF ("%s[%d] malloced ENV at %p\n", __FUNCTION__,__LINE__,env_ptr);
#endif
if (gd->env_valid == 0) {
#if defined(CONFIG_GTH) || defined(CFG_ENV_IS_NOWHERE) /* Environment not changable */
puts ("Using default environment\n\n");
#else
puts ("*** Warning - bad CRC, using default environment\n\n");
show_boot_progress (-60);
#endif
set_default_env();
}
else {
env_relocate_spec (); //環境變量重定位，內部啥也沒幹
}
gd->env_addr = (ulong)&(env_ptr->data); //對環境變量地址進行賦值
#ifdef CONFIG_AMIGAONEG3SE
disable_nvram();
#endif
}
#ifdef CONFIG_SERIAL_MULTI
serial_initialize();
#endif
分析：
完成串口的初始化
/* IP Address */
gd->bd->bi_ip_addr = getenv_IPaddr ("ipaddr"); //獲取開發板的IP地址
/* MAC Address */
{
int i;
ulong reg;
char *s, *e;
char tmp[64];
i = getenv_r ("ethaddr", tmp, sizeof (tmp)); //獲取開發板的MAC地址
s = (i > 0) ? 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;
}
devices_init (); /* get the devices list going. */
分析：
這個裏面主要實現開發板外接設備的初始化
jumptable_init ();
分析：
進行好一些回到函數的設置
{
int i;
gd->jt = (void **) malloc (XF_MAX * sizeof (void *));
for (i = 0; i < XF_MAX; i++)
gd->jt[i] = (void *) dummy;
gd->jt[XF_get_version] = (void *) get_version;
gd->jt[XF_malloc] = (void *) malloc;
gd->jt[XF_free] = (void *) free;
gd->jt[XF_getenv] = (void *) getenv;
gd->jt[XF_setenv] = (void *) setenv;
gd->jt[XF_get_timer] = (void *) get_timer;
gd->jt[XF_simple_strtoul] = (void *) simple_strtoul;
gd->jt[XF_udelay] = (void *) udelay;
gd->jt[XF_simple_strtol] = (void *) simple_strtol;
gd->jt[XF_strcmp] = (void *) strcmp;
#if defined(CONFIG_I386) || defined(CONFIG_PPC)
gd->jt[XF_install_hdlr] = (void *) irq_install_handler;
gd->jt[XF_free_hdlr] = (void *) irq_free_handler;
#endif /* I386 || PPC */
#if defined(CONFIG_CMD_I2C)
gd->jt[XF_i2c_write] = (void *) i2c_write;
gd->jt[XF_i2c_read] = (void *) i2c_read;
}
#if !defined(CONFIG_SMDK6442)
console_init_r (); /* fully init console as a device */
#endif
分析：
主要完成回話窗口的設置，stdin/stdout/stderr
/* enable exceptions */
enable_interrupts ();
分析：
開啓中斷異常
/* Initialize from environment */
if ((s = getenv ("loadaddr")) != NULL) {
load_addr = simple_strtoul (s, NULL, 16);
}
分析：
本開發板loadaddr環境變量未設置
#if defined(CONFIG_CMD_NET)
if ((s = getenv ("bootfile")) != NULL) {
copy_filename (BootFile, s, sizeof (BootFile));
}
#endif
分析：
Bootfile未定義
#ifdef BOARD_LATE_INIT
board_late_init ();
#endif
分析：
啥也沒幹，直接返回0
/* main_loop() can return to retry autoboot, if so just run it again. */
for (;;) {
main_loop ();
}
此處開始進行uboot啓動菜單的顯示，即主循環，先獲取bootdelay的值，超時等待delay變爲0，如果在delay時間內沒有任何輸入，則會去獲取bootcmd參數，根據這個參數去加載內核到內存中，然後去啓動內核，如果在delay結束之前有鍵盤輸入，則會觸發menu命令，顯示主菜單