u-boot启动代码start.S详解

U-BOOT 一、U-BOOT 的 目录 工贸企业有限空间作业目录特种设备作业人员作业种类与目录特种设备作业人员目录1类医疗器械目录高值医用耗材参考目录 结构 u-boot 目录下有 18 个子目录，分别存放管理不通的源程序。这些目录中所要存放的文件有 其 规则 编码规则下载淘宝规则下载天猫规则下载麻将竞赛规则pdf麻将竞赛规则pdf ，可以分成三类。 ￭第一类目录与处理器体系结构或者开发板硬件直接相关； ￭第二类目录是一些通用的函数或者驱动程序； ￭第三类目录是 u-boot 的应用程序、工具或者文档。 Board：和一些已有开发板相关的文件，比如Makefile 和 u-boot.lds 等都和具体开发板的硬 件和地址分配有关。 Common：与体系结构无关的文件，实现各种命令的 C 文件。 CPU：CPU 相关文件，其中的子目录都是以 u-boot 所支持的 CPU 为名，比如有子目录 arm926ejs、mips、mpc8260 和 nios 等，每个特定的子目 录中都包括 cpu.c 和 interrupt.c 和 start.S。其中 cpu.c 初始化 cpu、设置指令 cache 和数据 cache 等；interrupt.c 设置系统 的各种终端和异常，比如快速中断，开关中断、时钟中断、软件中断、预取中止和未定义指 令等；start.S 是 u- boot 启动时执行的第一个文件，他主要是设置系统堆栈和工作发式，为 进入 C程序奠定基础。 Disk：disk 驱动的分区处理代码、 Doc：文档。 Drivers：通用设备驱动程序，比如各种网卡、支持 CFI 的 flash、串口和 USB 总线等。 Dtt：数字温度测量器或者传感器的驱动 Examples：一些独立运行的应用程序的例子。 Fs：支持文件系统的文件，u-boot 现在支持 cramfs、fat、fdos、jffs2、yaffs 和 registerfs。 Include：头文件，还有对各种硬件平台支持的会变文件，系统的配置文件和对文件系统支 持的文件。 Net：与网络有关的代码，BOOTP 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 、TFTP 协议 RARP 协议和NFS 文件系统的实现。 Lib_ppc：存放对 PowerPC 体系结构通用的文件，主要用于实现 PowerPC 平台通用的函数， 与 PowerPC 体系结构相关的代码。 Lib_i386：存放对 X86 体系结构通用的文件，主要用于实现 X86 平台通用的函数，与 PowerPc 体系结构相关的代码。 Lib_arm：存放对 ARM 体系结构通用的文件，主要用于实现 ARM 平台通用的函数，与 ARM 体系结构相关的代码。 Lib_generic：通用的多功能函数实现。 Post：上电自检。 Rtc： 实时时钟驱动。 Tools：创建 S-Record 格式文件和 U-BOOT images 的工具。 二、u-boot 的编译 u-boot 的源码是通过 GCC 和 Makefile 组织编译的，顶层目录下的Makefile 首先可以设置板 子的定义，然后递归地调用各级目录下的Makefile，最后把编译过的程序链接成 u-boot 的 映像。 顶层目录下的Makefile，它是负责U-Boot 整体配置编译。每一种开发板在Makefile 都需要 有板子配置的定义，如 smdk2442 定义如下： smdk2442_config: unconfig @./mkconfig $(@:_config=) arm arm920t smdk2442 执行配置 U-Boot 的命令 make smdk2442_config，通过./mkconfig 脚本生成 include/config.mk 的配置文件。文件内容是根据 Makefile 对板子的配置生成的。 配置环境和编译过程如下所述,U-boot 的编译环境配置需要：cross-2.95.3.tar.bz2 和 s3c24x0_uboot_rel_0_0_1_061002.tar.bz2，将文件拷贝到/home/amoi/working/下，（ chenpx@chenpx:/mnt/hgfs/share$ cp cross-2.95.3.tar.bz2 /home/amoi/working 和 chenpx@chenpx:/mnt/hgfs/share$ cp s3c-u-boot-1.1.6.tar.bz2 /home/amoi/working）， 然后对对文件进行解压（chenpx@chenpx:/home/chenpx/working$ tar jxvf cross-2.95.3.tar.bz2 和 chenpx@chenpx:/home/chenpx/working$ tar jxvf s3c24x0_uboot_rel_0_0_1_061002.tar.bz2），在/usr/local/目录下建立一个 arm文件夹（mkdir –p /usr/local/arm （-p 是需要时创建上层目录，如目录早已存在则不当作错误））将 cross-2.95.3.tar.bz2 解压出来的移动到/usr/local/arm/下 （mv 2.95.3 /usr/local/arm/） 移动后添加环境变量 export PATH=$PATH:/usr/local/2.95.3/bin/ 修改 s3c24x0_uboot_dev 中的makefile,修改 CROSS_COMPILE = /usr/local/arm/2.95.3/bin/arm-linux-其他的用#注释掉。 接下来就是加载配置： 最后进行编译：make，最终在 s3c24x0_uboot-dev 目录下生成 u-boot、u-boot.bin、 u-boot.map、2 u-boot.srec 四个文件。 三、u-boot 系统启动流程 大多数 bootloader 都分为 stage1 和 stage2 两部分，u-boot 也不例外。依赖于 CPU 体 系 结构的代码（如设备初始化代码等）通常都放在 stage1 且可以用汇编语言来实现，而 stage2 则通常用 C 语言来实现，这样可以实现复杂的功能，而且 有更好的可读性和移植性。 1、Stage1 start.S 代码结构 u-boot 的 stage1 代码通常放在 start.S 文件中，他用汇编语言写成，其主要代码部分如下： （1）定义入口。由于一个可执行的 Image 必须有一个入口点，并且只能有一个全局入口， 通常这个入口放在 ROM（Flash）的 0x0 地址，因此，必须通知编译器以使其知道这个入口， 该工作可通过修改连接器脚本来完成。 （2）设置异常向量（Exception Vector）。 （3）设置 CPU的速度、时钟频率及终端控制寄存器。 （4）初始化内存控制器。 （5）将 ROM 中的程序复制到 RAM中。 （6）初始化堆栈。 （7）转到 RAM中执行，该工作可使用指令 ldr pc 来完成。 2、Stage2 C 语言代码部分 lib_arm/board.c 中的 start arm boot 是 C 语言开始的函数也是整个启动代码中 C 语言的主 函数，同时还是整个 u-boot（armboot）的主函数，该函数只要完成如下操作： （1）调用一系列的初始化函数。 （2）初始化 Flash 设备。 （3）初始化系统内存分配函数。 （4）如果目标系统拥有NAND 设备，则初始化NAND 设备。 （5）如果目标系统有显示设备，则初始化该类设备。 （6）初始化相关网络设备，填写 IP、MAC 地址等。 （7）进去命令循环（即整个 boot 的工作循环），接受用户从串口输入的命令，然后进行 相应的工作。 3、U-Boot 的启动顺序 主要顺序如下图所示 函数顺序 初始化顺序 图为 U-Boot 顺序 下面就根据代码进行解释： /*********************** 中断向量 ***********************/ .globl _start //u-boot 启动入口 _start: b reset //复位向量并且跳转到 reset ldr pc, _undefined_instruction ldr pc, _software_interrupt ldr pc, _prefetch_abort ldr pc, _data_abort ldr pc, _not_used ldr pc, _irq //中断向量 ldr pc, _fiq //中断向量 b sleep_setting //跳转到 sleep_setting 并通过下段代码拷贝到内存里 relocate: //把 uboot 重新定位到 RAM adr r0, _start // r0 是代码的当前位置 ldr r2, _armboot_start //r2 是 armboot 的开始地址 ldr r3, _armboot_end //r3 是 armboot 的结束地址 sub r2, r3, r2 // r2 得到 armboot 的大小 ldr r1, _TEXT_BASE // r1 得到目标地址 add r2, r0, r2 // r2 得到源结束地址 copy_loop: //重新定位代码 ldmia r0!, {r3-r10} //从源地址[r0]中复制 stmia r1!, {r3-r10} //复制到目标地址[r1] cmp r0, r2 //复制数据块直到源数据末尾地址[r2] ble copy_loop 系统上电或 reset 后，cpu 的 PC一般都指向 0x0 地址，在 0x0 地址上的指令是 reset: //复位启动子程序 /******** 设置 CPU 为 SVC32 模式***********/ mrs r0,cpsr //将 CPSR 状态寄存器读取，保存到 R0 中 bic r0,r0,#0x1f orr r0,r0,#0xd3 msr cpsr,r0 //将 R0 写入状态寄存器中 /************** 关闭看门狗 ******************/ ldr r0, =pWTCON mov r1, #0x0 str r1, [r0] /************** 关闭所有中断 *****************/ mov r1, #0xffffffff ldr r0, =INTMSK str r1, [r0] ldr r2, =0x7ff ldr r0, =INTSUBMSK str r2, [r0] /************** 初始化系统时钟 *****************/ ldr r0, =LOCKTIME ldr r1, =0xffffff str r1, [r0] clear_bss: ldr r0, _bss_start//找到 bss 的起始地址 add r0, r0, #4 //从 bss 的第一个字开始 ldr r1, _bss_end // bss 末尾地址 mov r2, #0x00000000 //清零 clbss_l:str r2, [r0] // bss 段空间地址清零循环 add r0, r0, #4 cmp r0, r1 bne clbss_l /***************** 关键的初始化子程序 ************************/ / * cpu 初始化关键寄存器 * 设置重要寄存器 * 设置内存时钟 * / 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 /******* 在重新定位前，我们要设置 RAM 的时间，因为内存时钟依赖开发板硬件的，你将 会找到 board 目录底下的memsetup.S。**************/ mov ip, lr #ifndef CONFIG_S3C2440A_JTAG_BOOT bl memsetup //调用memsetup 子程序（在 board/smdk2442memsetup.S） #endif mov lr, ip mov pc, lr //子程序返回 memsetup: /**************** 初始化内存 **************/ mov r1, #MEM_CTL_BASE adrl r2, mem_cfg_val add r3, r1, #52 1: ldr r4, [r2], #4 str r4, [r1], #4 cmp r1, r3 bne 1b /*********** 跳转到原来进来的下一个指令（start.S 文件里） ***************/ mov pc, lr //子程序返回 /****************** 建立堆栈 *******************/ ldr r0, _armboot_end //armboot_end 重定位 add r0, r0, #CONFIG_STACKSIZE //向下配置堆栈空间 sub sp, r0, #12 //为 abort-stack 预留个 3 字 /**************** 跳转到 C 代码去 **************/ ldr pc, _start_armboot //跳转到 start_armboot 函数入口，start_armboot 字保存函数入口指针 _start_armboot: .word start_armboot //start_armboot 函数在 lib_arm/board.c 中实现 从此进入第二阶段 C语言代码部分 /**************** 异常处理程序 *******************/ .align 5 undefined_instruction: //未定义指令 get_bad_stack bad_save_user_regs bl do_undefined_instruction .align 5 software_interrupt: //软件中断 get_bad_stack bad_save_user_regs bl do_software_interrupt .align 5 prefetch_abort: //预取异常中止 get_bad_stack bad_save_user_regs bl do_prefetch_abort .align 5 data_abort: //数据异常中止 get_bad_stack bad_save_user_regs bl do_data_abort .align 5 not_used: //未利用 get_bad_stack bad_save_user_regs bl do_not_used .align 5 irq: //中断请求 get_irq_stack irq_save_user_regs bl do_irq irq_restore_user_regs .align 5 fiq: //快速中断请求 get_fiq_stack /* someone ought to write a more effiction fiq_save_user_regs */ irq_save_user_regs bl do_fiq irq_restore_user_regs sleep_setting: //休眠设置 @ prepare the SDRAM self-refresh mode ldr r0, =0x48000024 @ REFRESH Register ldr r1, [r0] orr r1, r1,#(1<<22) @ self-refresh bit set @ prepare MISCCR[19:17]=111b to make SDRAM signals(SCLK0,SCLK1,SCKE) protected ldr r2,=0x56000080 @ MISCCR Register ldr r3,[r2] orr r3,r3,#((1<<17)|(1<<18)|(1<<19)) @ prepare the Power_Off mode bit in CLKCON Register ldr r4,=0x4c00000c @ CLKCON Register ldr r5,=(1<<3) b set_sdram_refresh .align 5 set_sdram_refresh: str r1,[r0] @ SDRAM self-refresh enable @ wait until SDRAM into self-refresh mov r1, #64 1: subs r1, r1, #1 bne 1b @ set the MISCCR & CLKCON register for power off str r3,[r2] str r5,[r4] nop @ waiting for power off nop nop b . 第二阶段进入 lib_arm/board.c start_armboot 是 U-Boot 执行的第一个 C 语言函数，完成系统初始化工作，进入主循环， 处理用户输入的命令。 进入 start_armboot 函数里，先对硬件资源进行初始化如下： init_fnc_t *init_sequence[] = { cpu_init, /*基本的处理器相关配置 –cpu/arm920t/cpu.c*/ board_init, /* 基本的开发板相关配置—board/smdk2442/smdk2442.c*/ interrupt_init, /* 初始化例外处理---cpu/arm920t/ interrupt.c */ env_init, /*初始化环境变量---common/cmd_flash.c */ init_baudrate, /*初始化波特率设置—lib_arm/board.c */ serial_init, /* 串口通讯设置--- cpu/arm920t/serial.c */ console_init_f, /* 控制台初始化阶段 1—common/console.c*/ display_banner, /* 打印 u-boot 信息---lib_arm/board.c */ dram_init, /* 配置可用的 RAM—borad/smdk2442/smdk2442.c */ display_dram_config, /*显示 RAM的配置大小---lib_arm/board.c */ #if defined(CONFIG_VCMA9) || defined (CONFIG_CMC_PU2) checkboard, #endif NULL, }; 使用以下语句调用执行 for (init_fnc_ptr = init_sequence; *init_fnc_ptr; ++init_fnc_ptr) { if ((*init_fnc_ptr)() != 0) { hang (); } } start_armboot 的主要过程如下： void start_armboot (void) { DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR; ulong size; gd_t gd_data; bd_t bd_data; init_fnc_t **init_fnc_ptr; char *s; #if defined(CONFIG_VFD) unsigned long addr; #endif /* Pointer is writable since we allocated a register for it */ gd = &gd_data; memset ((void *)gd, 0, sizeof (gd_t)); gd->bd = &bd_data; memset (gd->bd, 0, sizeof (bd_t)); monitor_flash_len = _armboot_end_data - _armboot_start; /*** 调用执行 init_sequence 数组按顺序执行初始化 ***/ for (init_fnc_ptr = init_sequence; *init_fnc_ptr; ++init_fnc_ptr) { if ((*init_fnc_ptr)() != 0) { hang (); } } #if 0 /**************** 配置可用的 flash 单元 *************/ size = flash_init (); //初始化 flash display_flash_config (size); //显示 flash 的大小 /******** _arm_boot 在 armboot.lds 链接脚本中定义 ********/ #endif #ifdef CONFIG_VFD # ifndef PAGE_SIZE # define PAGE_SIZE 4096 # endif /*********** 为 VFD 显示预留内存(整个页面) **********/ /******** armboot_real_end 在 board-specific 链接脚本中定义********/ addr = (_armboot_real_end + (PAGE_SIZE - 1)) & ~(PAGE_SIZE - 1); size = vfd_setmem (addr); gd->fb_base = addr; /******* 进入下一个界面 ********/ addr += size; addr = (addr + (PAGE_SIZE - 1)) & ~(PAGE_SIZE - 1); mem_malloc_init (addr); #else /******** armboot_real_end 在 board-specific 链接脚本中定义 *******/ mem_malloc_init (_armboot_real_end); #endif /* CONFIG_VFD */ #if (CONFIG_COMMANDS & CFG_CMD_NAND) puts ("NAND:"); nand_init(); /* NAND 初始化 */ #endif #ifdef CONFIG_HAS_DATAFLASH AT91F_DataflashInit(); dataflash_print_info(); #endif /********* 初始化环境 **********/ env_relocate (); /*********** 配置环境变量，重新定位 **********/ #ifdef CONFIG_VFD /* must do this after the framebuffer is allocated */ drv_vfd_init(); #endif /* 从环境中得到 IP 地址 */ bd_data.bi_ip_addr = getenv_IPaddr ("ipaddr"); /*以太网接口 MAC 地址*/ { int i; ulong reg; char *s, *e; uchar tmp[64]; i = getenv_r ("ethaddr", tmp, sizeof (tmp)); s = (i > 0) ? tmp : NULL; for (reg = 0; reg < 6; ++reg) { bd_data.bi_enetaddr[reg] = s ? simple_strtoul (s, &e, 16) : 0; if (s) s = (*e) ? e + 1 : e; } } devices_init (); /* 获取列表中的设备. */ jumptable_init (); console_init_r (); /*完整地初始化控制台设备*/ #if defined(CONFIG_MISC_INIT_R) /* 其他平台由初始化决定*/ misc_init_r (); #endif /* 启用异常处理 */ enable_interrupts (); #ifdef CONFIG_DRIVER_CS8900 cs8900_get_enetaddr (gd->bd->bi_enetaddr); #endif #ifdef CONFIG_DRIVER_LAN91C96 if (getenv ("ethaddr")) { smc_set_mac_addr(gd->bd->bi_enetaddr); } /* eth_hw_init(); */ #endif /* CONFIG_DRIVER_LAN91C96 */ /* 通过环境变量初始化*/ if ((s = getenv ("loadaddr")) != NULL) { load_addr = simple_strtoul (s, NULL, 16); } #if (CONFIG_COMMANDS & CFG_CMD_NET) if ((s = getenv ("bootfile")) != NULL) { copy_filename (BootFile, s, sizeof (BootFile)); } #endif /* CFG_CMD_NET */ #ifdef BOARD_POST_INIT board_post_init (); #endif /* main_loop() 总是试图自动启动，循环不断执行*/ for (;;) { main_loop (); /*主循环函数处理执行用户命令—common/main.c } /* NOTREACHED - no way out of command loop except booting */ }