UBOOT詳細解讀

1、大多數(shù)bootloader 都分為stagel和stage2兩部分，u-boot也不例外。依賴于 CPU體系結構的代碼（如設備初始化代碼等）通常都放在 stage1 且可以用匯編語言來實現(xiàn)，而 stage2 則通常用C語言來實現(xiàn)，這樣可以實現(xiàn)復雜的功能，而且有更好的可讀性和移植性。1 、 Stage1 代碼結構u-boot 的 stage1 代碼通常放在文件中，他用匯編語言寫成，其主要代碼部分如下：（1 ）定義入口。由于一個可執(zhí)行的 Image 必須有一個入口點，并且只能有一個全局入口， 通常這個入口放在 RO（MFlash ）的 0x0 地址， 因此， 必須通知編譯器以使其知道這個入口， 該

2、工作可通過修改連接器腳本來完成。（2）設置異常向量（ Exception Vector ）。（3）設置CPU的速度、時鐘頻率及終端控制寄存器。（ 4 ）初始化內存控制器。（5 ）將ROM中的程序復制到 RAM中。（ 6 ）初始化堆棧。（7）轉到RAM中執(zhí)行，該工作可使用指令Idr pc來完成。2、Stage2 C 語言代碼部分lib_arm/中的start arm boot是C語言開始的函數(shù)也是整個啟動代碼中C語言的主函數(shù)，同時還是整個 u-boot （ armboot ）的主函數(shù)，該函數(shù)只要完成如下操作：（1）調用一系列的初始化函數(shù)。（ 2）初始化 Flash 設備。（ 3）初始化系統(tǒng)內存分

3、配函數(shù)。（4）如果目標系統(tǒng)擁有 NAN蠻備，則初始化 NAN蠻備。（ 5）如果目標系統(tǒng)有顯示設備，則初始化該類設備。（6） 初始化相關網(wǎng)絡設備，填寫IP、MAC地址等。（7） 進去命令循環(huán)（即整個boot 的工作循環(huán)） ，接受用戶從串口輸入的命令，然后進行相 應的工作。3、U-Boot 的啟動順序 （ 示例，其他 u-boot 版本類似 ） cpu/arm920t/文件包含處理#include 由頂層的 mkconfig 生成， 其中只包含了一個文件： configs/.h#include #include /* Jump vector table as in table in 1*/注：AR

4、M微處理器支持字節(jié)（8位）、半字（16位）、字（32位）3種數(shù)據(jù)類型向量跳轉表，每條占四個字節(jié)（一個字），地址范圍為 0x0000 00000x0000 0020AR體系結構規(guī)定在上電復位后的起始位置，必須有8條連續(xù)的跳專指令，通過硬件實現(xiàn)。他們就是異常向量表。ARM在上電復位后， 巷從0x00000000開始啟動的，其實如果 bootloader 存在，在執(zhí)行下面第一條指令后，就無條件跳轉到start_code ，下面一部分并沒 執(zhí)行。設置異常向量表的作用是識別bootloader。以后系統(tǒng)每當有異常出現(xiàn)，貝U CPU會根據(jù)異常號，從內存的0x00000000 處開始查表 做相應的處理/*；

5、當一個異常出現(xiàn)以后，ARM會自動執(zhí)行以下幾個步驟：；1.把下一條指令的地址放到連接寄存器LR（通常是R14）.-保存位置；2.將相應的 CPSR當前程序狀態(tài)寄存器）復制到SPSR備份的程序狀態(tài)寄存器 ）中-保存CPSR3根據(jù)異常類型，強制設置CPSR的運行模式位；4.強制PC（程序計數(shù)器）從相關異常向量地址取出下一條指令執(zhí)行，從而跳轉到相應的異常處理程序中*/.globl _start /* 系統(tǒng)復位位置 , 整個程序入口 */_start是GNU匯編器的默認入口標簽，.globl將_start 聲明為外部程序可訪問的標簽，.globl是GNU匚編的保留關鍵字，前面加點是GNU匚編的語法_st

6、art： b start_code 0x00ARMt電后執(zhí)行的第一條指令，也即復位向量，跳轉到 start_codereset用b,就是因為reset在MMU建立前后都有可能發(fā)生鎭他的異常只有在 MMU建立之后才會發(fā)生ldr pc, _un defi ned_in structi on /*未定義指令異常 ,0x04*/ldr pc, _prefetch_abort /* 內存操作異常 ,0x0c*/ldr pc, _data_abort /* 數(shù)據(jù)異常 ,0x10*/ldr pc, _not_used /* 未適用 ,0x14*/ldr pc, _irq /*慢速中斷異常 ,0x18*/ld

7、r pc, _fiq /*快速中斷異常 ,0x1c*/寸于ARM數(shù)據(jù)從內存到 CPU之間的移動只能通過 L/S指令，如：ldr rO,Ox為把Ox內存中 的數(shù)據(jù)寫到rO中，還有一個就是ldr偽指令，女如： ldr rO,=Ox為把Ox地址寫到rO中，mov 只能完成寄存器間數(shù)據(jù)的移動，而且立即數(shù)長度限制在 8 位_undefined_instruction: .word undefined_instruction_software_interrupt: .word software_interrupt_prefetch_abort: .word prefetch_abort_data_abor

8、t: .word data_abort_not_used: .word not_used_irq: .word irq_fiq: .word fiq.word為GNU ARMC編特有的偽操作，為分配一段字內存單元（分配的單元為字對齊的），可以使用.word把標志符作為常量使用。如_fiq:.word fiq即把fiq存入內存變量_fiq中， 也即是把 fiq 放到地址 _fiq 中。.balignl 16,Oxdeadbeef.balig nl 是.balig n的變體 .align 偽操作用于表示對齊方式：通過添加填充字節(jié)使當前位置滿足一定的對齊方式。 .balign 的作用同 .align

9、 。 .align alignment ,fill ,max 其中： alignment 用于指定對齊方式，可能的取值為 2 的次冪，缺省為4。fill是填充內容，缺省用 0填充。max是填充字節(jié)矽最大值，如果填充字節(jié)數(shù)超過 max, 就不進行對齊 , 例如： .align 4 /* 指定對齊方式為字對齊 */參考好野人的窩，于關 u-boot 中的 .balignl 16,0xdeadbeef的理解】/* Startup Code (called from the ARM reset exception vector)* do important init only if we dont s

10、tart from memory!* relocate armboot to ram* setup stack* jump to second stage*保存變量的數(shù)據(jù)區(qū),保存一些全局變量,用于BOOT程序從FLASH拷貝到RAM或者其它的使用。還有一些變量的長度是通過連接腳本里得到, 實際上由編譯器算出來的_TEXT_BASE:因為 linux 開始地址是 Ox,我這里是 64M SDRAM所以 TEXT_BASE = 0x33F80000?.word TEXT_BASE /*uboot 映像在 SDRAM中 的重定位地址 */TEXT_BAS在開發(fā)板相關的目錄中的文檔中定義，他定C了代碼

11、在運行時所在的地址，那么_TEXT_BAS沖保存了這個地t （這個TEXT_BAS怎么來的還不清楚）.globl _armboot_start_armboot_start:.word _start 用 _start 來初始化 _armboot_start 。（為什么要這么定義一下還不明白）/* * These are defined in the board-specific linker script.*/下面這些是定義在開發(fā)板目錄鏈接腳本中的.globl _bss_start_bss_start:.word _bss_start標號所在的地_bss_start 定義在和開發(fā)板相關的中， _

12、bss_start 保存的是 _bss_start 址。.globl _bss_end_bss_end:.word _end同上，這樣賦值是因為代碼所在地址非編譯時的地址，直接取得該標號對應地址。中斷的堆棧設置#ifdef CONFIG_USE_IRQ/* IRQ stack memory (calculated at run-time) */.globl IRQ_STACK_STARTIRQ_STACK_START: .word 0x0badc0de/* IRQ stack memory (calculated at run-time) */ .globl FIQ_STACK_STARTFI

13、Q_STACK_START:.word 0x0badc0de#endif/* the actual start code*/復位后執(zhí)行程序薛正的初始化從這里開始了。其實在CPU上電以后就是跳到這里執(zhí)行的reset:/* set the cpu to SVC32 mode*/更改處理器模式為管理模式對狀態(tài)寄存器的修改要按照：讀出- 修改- 寫回的順序來執(zhí)行31 30 29 28 - 7 6 - 4 3 2 1 0 N Z C V I F M4 M3 M2 M1 M0 0 0 0 0 0 User26 模式 0 0 0 0 1 FIQ26 模式 0 0 0 1 0 IRQ26 模式 0 0 0 1

14、 1 SVC26 模式1 0 0 0 0 User 模式1 0 0 0 1 FIQ模式1 0 0 1 0 IRQ 模式1 0 0 1 1 SVC 模式1 0 1 1 1 ABT 模式1 1 0 1 1 UND 模式1 1 1 1 1 SYS 模式mrs r0,cpsr將 cpsr 的值讀到 r0 中bic r0,r0,#0x1f清除 M0M4orr r0,r0,#0xd3禁止 IRQ,FIQ 中斷，并將處理器置于管理模式msr cpsr,r0以下是點燈了，這里應該會牽涉到硬件設置，移植的時候應該可以不要bl coloured_LED_initbl red_LED_on針對AT91RM920Q進

15、行特殊處理#if defined(CONFIG_AT91RM9200DK) | defined(CONFIG_AT91RM9200EK)/* * relocate exception table*/ ldr r0, =_startldr r1, =0x0mov r2, #16copyex:subs r2, r2, #1sub帶上了 s用來更改進位標志，對于sub來說，若發(fā)生借位則C標志置0,沒有則為1,這跟 adds 指令相反！要注意。ldr r3, r0, #4str r3, r1, #4bne copyex#endif酚對S3C2400和S3C2410進行特殊處理CONFIG_S3C240

16、0CONFIG_S3C241等定義在include/configs/下不同開發(fā)板的頭文件中#if defined(CONFIG_S3C2400) | defined(CONFIG_S3C2410)/* turn off the watchdog */關閉看門狗定時器的自動復位功能并屏蔽所有中斷,上電后看門狗為開,中斷為關# if defined(CONFIG_S3C2400)# define pWTCON 0x# define INTMSK 0x /* Interupt-Controller base addresses */# define CLKDIVN 0x /* clock divis

17、or register */#else s3c2410 的配置# define pWTCON 0xpWTCO定義為看門狗控制寄存器的地址（S3C2410和S3C2440相同）# define INTMSK 0x4A000008 /* Interupt-Controller base addresses */INTMS定義為主中斷屏蔽寄存器的地址（S3C2410和s3c2440相同）# define INTSUBMSK 0x4A00001CINTSUBMS定義為副中斷屏蔽寄存器的地址（S3C2410和s3c2440相同）# define CLKDIVN 0x4C000014 /* CloCk d

18、iviSor regiSter */CLKDIV定義為時鐘分頻控制寄存器的地址（S3C2410和s3c2440相同）# endif至此寄存器地址設置完畢ldr r0, =pWTCONmov r1, #0x0Str r1, r0寸于S3C2440和S3C2410的WTCO寄存器的0控制允許或禁止看門狗定時器的復位輸出功 能，設置為“ 0”禁止復位功能。/* maSk all IRQS by Setting all bitS in the INTMR - default*/mov r1, #0xffffffffldr r0, =INTMSKStr r1, r0# if defined（CONFIG

19、_S3C2410）ldr r1, =0x3ff 2410 好像應該為 7ff 才寸（不理解 uboot 為何是這個數(shù)字）ldr r0, =INTSUBMSKstr r1, r0 # endif寸于S3C2410的INTMSK寄存器的32位和INTSUBMS寄存器的低11位每一位對應一個中斷，相應位置“1”為不響應相應的中斷。 對于S3C2440的INTSUBMSI有 15位可用，所以應該為0x7fff 了。/* FCLI:HCLI:PCLI = 1:2:4 */* default FCLI is 120 MHz ! */ldr r0, =CLIDIVNmov r1, #3str r1, r0寸

20、鐘分頻設置，F(xiàn)CLK為核心提供時鐘，HCLK為AHB( ARM920T內存妙制器，中斷控制器，LCD控制器，DMA和主USB模塊)提供時鐘，PCLI為APB (看門狗、IIS、I2C、PWM MMCADC UART GPIO RTC SPI)提供時鐘。分頻數(shù)一般選擇 1: 4: 8,所以 HDIVN=2,PDIVN=1,CLKDIVN=5這里僅僅是配置了分頻寄存器，3納出CLKDIVN的值跟分頻的關系：0x0 = 1:1:1 , 0x1 = 1:1:2 , 0x2 = 1:2:2 , 0x3 = 1:2:4, 0x4 = 1:4:4, 0x5 = 1:4:8,0x6 = 1:3:3,0x7 =

21、 1:3:6S3C2440勺輸出時鐘計算式為：Mpll=(2*m*Fi n)/(p*2S)S3C2410 的輸出時鐘計算式為：Mpll=(m*Fi n)/(p*2As)m=M(the value for divider M)+8;p=P(the value for divider P)+2M,P,S 的選擇根據(jù) datasheet 中 PLL VALUE SELECTION TABLE表格進行，我的開發(fā)板晶振為，所以輸出頻率選為：的話 M=0x6e,P=3,S=1s3c2440增加了攝像頭，其FCLK、HCLK PCLK的分頻數(shù)還受到CAMDIVN9(默認為0),CAMDIVN8 (默認為 0

22、)的影響#endif /* CONFIG_S3C2400 | CONFIG_S3C2410 */* we do sys-critical inits only at reboot,* not when booting from ram!*/選擇是否初始化 CPU#ifndef CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INITbl cpu_init_crit妙行CPU初始化，BL完成跳轉的同時會把后面緊跟的一條指令地址保存到連接寄存器LR(R14)中。以使子程序執(zhí)行完后正常返回。#endif酬試階段的代碼是直接在RAM中運行的，而最后需要把這些代碼固化到Flash中，因此U-Boot 需要自己

23、從 Flash 轉移到RA中運行，這也是重定向的目的所在。通過 adr 指令得到當前代碼的地址信息：如果U-boot 是從 RAM 開始運行，則從adr,r0,_start 得到的地址信息為r0=_start=_TEXT_BASE=TEXT_BASE=0x33F80000ffl果 U-boot 從 Flash 開始運行，即從處 理器對應的地址運行，則 r0=0x0000, 這時將會執(zhí)行 copy_loop 標識的那段代碼了。 _TEXT_BASE定義在 board/smdk2410/ 中#ifndef CONFIG_SKIP_RELOCATE_UBOOTrelocate: /* relocat

24、e 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 /* dont reloc during debug */ beq stack_setupldr r2, _armboot_start_armboot_start 為 _start 地址ldr r3, _bss_start_bss_start 為數(shù)據(jù)段地址sub r2, r3, r2 /* r2 - size of arm

25、boot */add r2, r0, r2 /* r2 - source end address */ copy_loop:ldmia r0!, r3-r10 /* copy from source address r0 */ 從源地址 r0 讀取 8 個字節(jié)到寄存器 , 每讀一個就更新一次 r0 地址ldmia:r0 安字節(jié)增長stmia r1!, r3-r10 /* copy to target address r1 */LDM(STM)于在寄存器所指的一片連續(xù)存儲器和寄存器列表的寄存器間進行數(shù)據(jù)移動，或是進行壓棧和出棧操作。格式為：LDM(STM)條件類型基址寄存器 ！ ，寄存器列表 仔

26、對于類型有以下幾種情況：IA 每次傳送后地址加 1，用于移動數(shù)據(jù)塊IB 每次傳送前地址加 1，用于移動數(shù)據(jù)塊DA 每次傳送后地址減 1，用于移動數(shù)據(jù)塊DB 每次傳送前地址減 1，用于移動數(shù)據(jù)塊FD 滿遞減堆棧，用于操作堆棧（即先移動指針再操作數(shù)據(jù)，相當于DB）ED 空遞減堆棧，用于操作堆棧（即先操作數(shù)據(jù)再移動指針，相當于DA）FA 滿遞增堆棧，用于操作堆棧（即先移動指針再操作數(shù)據(jù)，相當于IB ）EA 空遞增堆棧，用于操作堆棧（即先操作數(shù)據(jù)再移動指針，相當于IA ）（這里是不是應該要涉及到NAND或者NOR的讀寫沒有看出來）cmp r0, r2 /* until source end addre

27、ee r2 */ble copy_loop#endif /* CONFIG_SKIP_RELOCATE_UBOOT */* Set up the stack */初始化堆棧stack_setup:ldr r0, _TEXT_BASE /* upper 128 KiB: relocated uboot */獲取分配區(qū)域起始指針，sub r0, r0, #CONFIG_SYS_MALLOC_LEN /* malloc area */CFG_MALLOC_LEN=128*1024+CFG_ENV_SIZE=128*1024+0x10000=192K用來存儲開發(fā)板sub r0, r0, #CONFIG

28、_SYS_GBL_DATA_SIZE /* bdinfo */CFG_GBL_DATA_SIZE 128-size in bytes reserved for initial data信息#ifdef CONFIG_USE_IRQ這里如果需要使用 IRQ, 還有給 IRQ 保留堆?？臻g , 一般不使用 . sub r0, r0, #(CONFIG_STACKSIZE_IRQ+CONFIG_STACKSIZE_FIQ) #endifsub sp, r0, #12 /* leave 3 words for abort-stack */該部分將未初始化數(shù)據(jù)段 _bss_start_bss_end 中

29、的數(shù)據(jù) 清零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, #4cmp r0, r1ble clbss_l跳到階段二 C 語言中去ldr pc, _start_armboot_start_armboot: .word start_armbootC語言start_armboot 在 /lib_arm/ 中

30、，到這里因該是第一階段已經完成了吧，下面就要去 中執(zhí)行第二階段了吧/* CPU_init_critical registers* setup important registers* setup memory timing*/CP初始化在“ relocate: /* relocate U-Boot to RAM */”之前被調用#ifndef CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INITcpu_init_crit:/* flush v4 I/D caches*/初始化 CACHESmov r0, #0mcr p15, 0, r0, c7, c7, 0 /* flush v3/v4 cac

31、he */mcr p15, 0, r0, c8, c7, 0 /* flush v4 TLB */* disable MMU stuff and caches*/關閉 MMI和 CACHESmrc p15, 0, r0, c1, c0, 0bic 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

32、 12 (I) I-Cache mcr p15, 0, r0, c1, c0, 0 對協(xié)處理器的操作還是看不懂，暫時先不管吧，有時間研究一下 部分。/* before relocating, we have to setup RAM timing* because memory timing is board-dependend, you will* find a in your board directory.*/初始化RAM寸鐘，因為內存是跟開發(fā)板密切相關的，所以這部分在 mov ip, lr保存LR,以便正常返回，注意前面是通過 BL跳到cpu_init_crit ( ARM9有 37

33、個寄存器，ARM7有 27 個)37個寄存器=7個未分組寄存器(R0R7) + 2X ( 5個分組寄存器 R14=lr 分組寄存器) + 1(R15=PC) +1(CPSR) + 5(SPSR) 用途和訪問權限：R(R7:USR(用戶模式)、fiq (快速中斷模式)、irq (中斷模式)、ARM技術手冊的協(xié)處理器/ 開發(fā)板目錄 / 中實現(xiàn)來的。R8R12) +6X 2( R13=SPsvc （超級用法模式）、abt、undR8R12： R8_usr R12_usr （usr , irq , svc , abt , und）R8_fiq R12_fiq （fiq ）R11=fpR12=IP（從反

34、匯編上看，fp和ip 一般用于存放 SP的值）R13R14： R13_usr R14_usr（ 每種模式都有自己的寄存器 ）SP lr ： R13_fiq R14_fiqR13_irq R14_irqR13_svc R14_svcR13_abt R14_abtR13_und R14_undR15（PC）:都可以訪問（即 PC的值為當前指令的地址值加8個字節(jié)）R16 ：（ （Current Program Status Register ，當前程序狀態(tài)寄存器 ） ）SPSR _fiq,SPSR_irq,SPSR_abt,SPSR_und（USR 模式沒有 ）#if defined（CONFIG_

35、AT91RM9200EK）#elsebl lowlevel_init在重定向代碼之前，必須初始化內存時序，因為重定向時需要將flash 中的代碼復制到內存中 lowlevel_init 在 /board/smdk2410/ 中。#endifmov lr, ip mov pc, lr返回到主程序#endif /* CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT */* Interrupt handling*/這段沒有看明白，不過好像跟移植關系不是很大，先放一放。 IRQ stack frame.#define S_FRAME_SIZE 72#define S_OLD_R0 68#define

36、 S_PSR 64#define S_PC 60#define S_LR 56 #define S_SP 52#define S_IP 48 #define S_FP 44#define S_R10 40#define S_R9 36#define S_R8 32#define S_R7 28#define S_R6 24#define S_R5 20#define S_R4 16#define S_R3 12#define S_R2 8#define S_R1 4#define S_R0 0#define MODE_SVC 0x13#define I_BIT 0x80/* use bad_s

37、ave_user_regs for abort/prefetch/undef/swi .* use irq_save_user_regs / irq_restore_user_regs for IRQ/FIQ handling*/.macro bad_save_user_regssub sp, sp, #S_FRAME_SIZEstmia sp, r0 - r12 Calling r0-r12ldr r2, _armboot_startsub r2, r2, #(CONFIG_STACKSIZE)sub r2, r2, #(CONFIG_SYS_MALLOC_LEN)sub r2, r2, #

38、(CONFIG_SYS_GBL_DATA_SIZE+8) set base 2 words into abort stackldmia r2, r2 - r3 get pc, cpsradd r0, sp, #S_FRAME_SIZE restore sp_SVCadd r5, sp, #S_SPmov r1, lrstmia r5, r0 - r3 save sp_SVC, lr_SVC, pc, cpsrmov r0, sp.endm.macro irq_save_user_regssub sp, sp, #S_FRAME_SIZEstmia sp, r0 - r12 Calling r0

39、-r12add r7, sp, #S_PCstmdb r7, sp, lrA Calli ng SP, LRstr lr, r7, #0 Save calling PCmrs r6, spsrstr r6, r7, #4 Save CPSRstr r0, r7, #8 Save OLD_R0mov r0, sp .endm.macro irq_restore_user_regsIdmia sp, r0 - lrA Calli ng r0 - Irmov r0, r0ldr lr, sp, #S_PC Get PCadd sp, sp, #S_FRAME_SIZEsubs pc, lr, #4 return & move spsr_svc into cpsr.endm.macro get_bad_stackldr r13, _armboot_start setup our mode stacksub r13, r13, #(CONFIG_STACKSIZE)sub r13, r13, #(CONFIG_SYS_MALLOC_L