uboot源码简要分析

Posted 2020-08-09 Jason_YYu

uboot源码简要分析 

一、uboot源码整体框架

源码解压以后，我们可以看到以下的文件和文件夹：

cpu		与处理器相关的文件。每个子目录中都包括cpu.c和interrupt.c、start.S、u-boot.lds。 cpu.c：初始化CPU、设置指令Cache和数据Cache等 interrupt.c：设置系统的各种中断和异常 start.S：是U-boot启动时执行的第一个文件，它主要做最早期的系统初始化，代码重定向和设置系统堆栈，为进入U-boot第二阶段的C程序奠定基础。 u-boot.lds：链接脚本文件，对于代码的最后组装非常重要。
board		已经支持的所有开发板相关文件，其中包含SDRAM初始化代码、Flash底层驱动、板级初始化文件。 其中的config.mk文件定义了TEXT_BASE，也就是代码在内存的实际地址，非常重要。
common		与处理器体系结构无关的通用代码，U-boot的命令解析代码/common/command.c、所有命令的上层代码cmd_*.c、U-boot环境变量处理代码env_*.c等都位于该目录下
drivers		包含几乎所有外围芯片的驱动，网卡、USB、串口、LCD、Nand Flash等等
disk fs net		支持CPU无关的重要子系统： 磁盘驱动的分区处理代码 文件系统：FAT、JFFS2、EXT2等 网络协议：NFS、TFTP、RARP、DHCP等等
include		头文件，包括各CPU的寄存器定义，文件系统、网络等等 configs子目录下的文件是与目标板相关的配置头文件
doc		U-Boot的说明文档，在修改配置文件的时候可能用得上
lib_arm		处理器体系相关的初始化文件 比较重要的是其中的board.c文件，几乎是所有架构的U-boot第二阶段代码入口函数和相关初始化函数存放的地方。
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		外部扩展应用程序的API和范例
nand_spl onenand_ipl post		一些特殊构架需要的启动代码和上电自检程序代码
libfdt		支持平坦设备树(flattened device trees)的库文件
tools		编译S-Record或U-Boot映像等相关工具，制作bootm引导的内核映像文件工具mkimage源码就在此
Makefile MAKEALL config.mk rules.mk mkconfig		控制整个编译过程的主Makefile文件和规则文件
CHANGELOG CHANGELOG-before-U-Boot-1.1.5 COPYING CREDITS MAINTAINERS README		一些介绍性的文档、版权说明

标为红色的是移植时比较重要的文件或文件夹。
二、U-boot代码的大致执行流程(以S3C24x0为例)

从链接脚本文件u-boot.lds中可以找到代码的起始：

OUTPUT_FORMAT("elf32-littlearm", "elf32-littlearm", "elf32-littlearm") OUTPUT_ARCH(arm) ENTRY(_start) SECTIONS {        . = 0x00000000;        . = ALIGN(4);        .text :        {               cpu/arm920t/start.o      (.text)               *(.text)        } …..

从中知道程序的入口点是_start，定位于cpu/arm920t /start.S（即u-boot启动的第一阶段）。
       下面我们来仔细分析一下 start.S。（请对照数据手册阅读源码）:

#include #include /*  *************************************************************************  *  * 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 */ …...

//位于\include目录下是一个包含其他头文件的头文件 //位于\include\linux目录下               u-boot的主入口，跳入了后面的start_code   这些是跳转向量表，和芯片的体系结构有关    ldr语句的意思是将第二个操作数（如：_undefined_instruction）指向的地址数据传给PC    .word 为定义一个4字节的空间 undefined_instruction 为地址， 即后面标号所对的偏移地址数据       16字节对齐，并以0xdeadbeef填充，它是个Magic number 。                         这些和上面的一样，定义一个4字节的空间存放地址                                                               代码从这里开始执行！！       让系统进入SVC（管理员模式）       这些都是为AT91RM9200写的                                       系统时钟的寄存器地址定义                 关闭看门狗         关闭所有中断               设置时钟的分频比           跳入cpu_init_crit ，这是一个系统初始化函数，他还会调用board/*/lowlevel_init.S中的lowlevel_init函数。 主要是对系统总线的初始化，初始化了连接存储器的位宽、速度、刷新率等重要参数。经过这个函数的正确初始化，Nor Flash、SDRAM才可以被系统使用。下面的代码重定向就依赖它。 代码重定向，它首先检测自己是否已经在内存中： 如果是直接跳到下面的堆栈初始化代码stack_setup。 如果不是就将自己从Nor Flash中拷贝到内存中       自拷贝循环   请注意看英文注释       堆栈初始化代码（为第二阶段的C语言做准备）           对BSS段清零（为第二阶段的C语言做准备） BSS段（bss segment）通常是用来存放程序中未初始化的全局变量的一块内存区域。BSS是英文Block Started by Symbol的简称。BSS段属于静态内存分配。在编译时，编译器已经为他们分配好了空间，只不过他们的值为0，为了节省空间，在bin或ELF文件中不占空间。 编译器会计算出_bss_start和_bss_end的值，不是定义的   跳入第二阶段的C语言代码入口_start_armboot （已经被重定向到内存）                         前面所说的cpu_init_crit 系统初始化函数     操作CP15协处理器，                                     调用board/*/lowlevel_init.S中的lowlevel_init函数，对系统总线的初始化，初始化了连接存储器的位宽、速度、刷新率等重要参数。经过这个函数的正确初始化，Nor Flash、SDRAM才可以被系统使用。 后面的代码略，主要是中断相关代码，但是U-boot基本不使用中断所以暂且略过。

二、 现在我们再来看看lib_arm/board.c中的第二阶段入口函数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这两个数据结构比较重要，建议大家看。 分配一个存储全局数据的区域，地址给指针 gd   全局数据的区清零 给 gd->bd（指针）赋值（在gd的前面）并清零 gd->flags 赋值，表示已经重定向（在内存中） monitor_flash_len为u-boot代码长度。 初始化循环： init_sequence 是一个初始化函数集的函数指针数组（后面讲解） 如果有任何一个函数失败就进入死循环。 这个始化函数集比较重要，建议大家认真跟踪一下。 初始化堆空间，清零。 初始化Nor Flash相关参数，并显示其大小。       初始化VFD存储区（LCD显示相关）                                           初始化LCD显存                      初始化Nand Flash控制器，并显示其容量大小。       初始化OneNand         初始化 DataFlash   初始化环境变量，如果认为没有找到存储其中的，就用默认值并打印：“*** Warning - bad CRC, using default environment”。这是我们常看到的。     初始化 VFD（LCD显示相关）         初始化串口。     从环境变量里获取IP地址   初始化标准输入输出设备。比如：串口、LCD、键盘等等  初始化全局数据表中的跳转表gd->jt。 跳转表是一个函数指针数组，定义了u-boot中基本的常用的函数库，gd->jt是这个函数指针数组的首指针。   初始化API，用于为U-boot编写的“应用程序”   初始化 console，平台无关，不一定是串口哦，如果把标准输出设为vga，字符会显示在LCD上。 平台相关的其他初始化，有的平台有 中断使能（一般不使用，很多平台此函数是空的）           TI芯片中的内置MAC初始化（平台相关）           一种网卡芯片初始化（平台相关）                              获取 bootfile参数           一些板级初始化（有的板子有）        SD卡/MMC控制器初始化         MII相关初始化        网卡初始化               进入主循环，其中会读取bootdelay和bootcmd 在bootdelay时间内按下键进入命令行，否则执行bootcmd的命令。