u-boot源码分析及移植

u-boot源码分析及移植 收藏
http://www.eetop.cn/blog/html/92/23692-13841.html

本文从以下几个方面粗浅地分析u-boot 并移植 到FS2410板上：
1、u-boot工程的总体结构
2、u-boot的流程、主要的数据结构、内存分配。
3、u-boot的重要细节，主要分析流程中各函数的功能。
4、基于FS2410板子的u-boot移植。实现了NOR Flash和NAND Flash启动,网络功能。　
这些认识源于自己移植u-boot过程中查找的资料和对源码的简单阅读。下面主要以smdk2410为分析对象。

 

一、u-boot工程的总体结构：
1、源代码组织
 对于ARM 而言，主要的目录如下：
board                  平台依赖         　存放电路 板相关的目录文件,每一套板子对 应一个目录。如smdk2410(arm920t)
                                      　                                                                            
cpu                    平台依赖          　存放CPU相关的目录文件，每一款CPU对应一个目录，例如：arm920t、 xscale、i386等目录
lib_arm                平台依赖           　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，如软件浮点。

common              通用          通用的多功能函数实现，如环境，命令，控制台相关的函数实现。
include                通用               头文件和开发板配置文件，所有开发板的配置文件都在configs目录下                                      
lib_generic         通用             通用库函数的实现
net                    通用                存放网络协议的程序
drivers              通用               通用的设备驱动程序，主要有以太网接口的驱动，nand驱动。
.......
2.makefile简要分析
所有这些目录的编译连接都是由顶层目录的makefile来确定的。
在执行make之前，先要执行make $(board)_config 对工程进行配置，以确定特定于目标板的各个子目录和头文件。
$(board)_config:是makefile 中的一个伪目标，它传入指定的CPU，ARCH，BOARD，SOC参数去执行mkconfig脚本。
这个脚本的主要功能在于连接目标板平台相关的头文件夹，生成config.h文件包含板子的配置头文件。
使得makefile能根据目标板的这些参数去编译正确的平台相关的子目录。
以smdk2410板为例,执行　make smdk2410_config,
主要完成三个功能：
@在include文件夹下建立相应的文件（夹）软连接，

#如果是ARM体系将执行以下操作：
#ln -s     asm-arm        asm 
#ln -s  arch-s3c24x0    asm-arm/arch
#ln -s   proc-armv       asm-arm/proc

@生成Makefile包含文件include/config.mk，内容很简单，定义了四个变量：

ARCH   = arm
CPU    = arm920t
BOARD  = smdk2410
SOC    = s3c24x0

@生成include/config.h头文件，只有一行：

/* Automatically generated - do not edit */
#include "config/smdk2410.h"

顶层makefile先调用各子目录的makefile，生成目标文件或者目标文件库。
然后再连接所有目标文件（库）生成最终的u-boot.bin。
连接的主要目标（库）如下：
OBJS  = cpu/$(CPU)/start.o
LIBS  = lib_generic/libgeneric.a
LIBS += board/$(BOARDDIR)/lib$(BOARD).a
LIBS += cpu/$(CPU)/lib$(CPU).a
ifdef SOC
LIBS += cpu/$(CPU)/$(SOC)/lib$(SOC).a
endif
LIBS += lib_$(ARCH)/lib$(ARCH).a
LIBS += fs/cramfs/libcramfs.a fs/fat/libfat.a fs/fdos/libfdos.a fs/jffs2/libjffs2.a /
 fs/reiserfs/libreiserfs.a fs/ext2/libext2fs.a
LIBS += net/libnet.a
LIBS += disk/libdisk.a
LIBS += rtc/librtc.a
LIBS += dtt/libdtt.a
LIBS += drivers/libdrivers.a
LIBS += drivers/nand/libnand.a
LIBS += drivers/nand_legacy/libnand_legacy.a
LIBS += drivers/sk98lin/libsk98lin.a
LIBS += post/libpost.a post/cpu/libcpu.a
LIBS += common/libcommon.a
LIBS += $(BOARDLIBS)
显然跟平台相关的主要是：
cpu/$(CPU)/start.o
board/$(BOARDDIR)/lib$(BOARD).a　
cpu/$(CPU)/lib$(CPU).a
cpu/$(CPU)/$(SOC)/lib$(SOC).a　
lib_$(ARCH)/lib$(ARCH).a
这里面的四个变量定义在include/config.mk（见上述）。
其余的均与平台无关。
所以考虑移植的时候也主要考虑这几个目标文件（库）对应的目录。

关于u-boot 的makefile更详细的分析可以参照http://blog.mcuol.com/User/lvembededsys/Article/4355_1.htm 。

3、u-boot的通用目录是怎么做到与平台无关的？
include/config/smdk2410.h  
 这个头文件中主要定义了两类变量。
　一类是选项，前缀是CONFIG_，用来选择处理器、设备接口、命令、属性等，主要用来 决定是否编译某些文件或者函数。

另一类是参数，前缀是CFG_，用来定义总线 频率、串口波特率、Flash地址等参数。这些常数参量主要用来支持通用目录中的代码，定义板子资源参数。

这两类宏定义对u-boot的移植性非常关键，比如drive/CS8900.c，对cs8900而言，很多操作都是通用的，但不是所有的板子上面都有这个芯片，即使有它在内存中映射的基地址也是平台相关的。所以对于smdk2410板，在smdk2410.h中定义了
 #define CONFIG_DRIVER_CS8900 1              /* we have a CS8900 on-board */
 #define CS8900_BASE　0x19000300              /*IO mode base address*/
CONFIG_DRIVER_CS8900 的定义使得cs8900.c可以被编译（当然还得定义CFG_CMD_NET才行），因为cs8900.c中在函数定义的前面就有编译条件判断： #ifdef CONFIG_DRIVER_CS8900　如果这个选项没有定义，整个cs8900.c就不会被编译了。
而常数参量CS8900_BASE则用在cs8900.h头文件中定义各个功能寄存器的地址。u-boot的CS8900工作在IO模式下，只要给定IO寄存器在内存中映射的基地址，其余代码就与平台无关了。
 
  u-boot的命令也是通过目标板的配置头文件来配置的，比如要添加ping命令，就必须添加CFG_CMD_NET和CFG_CMD_PING才行。不然common/cmd_net.c就不会被编译了。
 从这里我可以这么认为，u-boot工程可配置性和移植性可以分为两层：
 一是由makefile来实现，配置工程要包含的文件和文件夹上，用什么编译器。
 二是由目标板的配置头文件来实现源码级的可配置性，通用性。主要使用的是#ifdef #else #endif 之类来实现的。
4、smkd2410其余重要的文件 ：
include/s3c24x0.h 　      定义了s3x24x0芯片的各个特殊功能寄存器（SFR）的地址。
cpu/arm920t/start.s         在flash中执行的引导代码,也就是bootloader中的stage1,负责初始化硬件环境，把u-boot从flash加载到RAM中去，然后跳到lib_arm/board.c中的start_armboot中去执行。
lib_arm/board.c　　        u-boot的初始化流程，尤其是u-boot用到的全局数据结构gd,bd的初始化，以及设备和控制台的初始化。
board/smdk2410/flash.c       在board目录下代码的都是严重依赖目标板，对于不同的CPU，SOC，ARCH，u-boot都有相对通用的代码，但是板子构成却是多样的，主要是内存地址，flash型号，外围芯片如网络。对fs2410来说，主要考虑从smdk2410板来移植，差别主要在nor flash上面。

二、u-boot的流程、主要的数据结构、内存分配
1、u-boot的启动流程：
　　从文件层面上看主要流程是在两个文件中：cpu/arm920t/start.s，lib_arm/board.c，　
　　1)start.s　
   在flash中执行的引导代码,也就是bootloader中的stage1,负责初始化硬件环境，把u-boot从flash加载到RAM中去，然后跳到lib_arm/board.c中的start_armboot中去执行。
1.1.6版本的start.s流程：
 硬件环境初始化 ：
   　　进入svc模式;关闭watch dog;屏蔽所有IRQ掩码;设置时钟频率FCLK、HCLK、PCLK;清I/D cache;禁止MMU和CACHE;配置memory control;
 重定位 ：
   　　如果当前代码不在连接指定的地址上（对smdk2410是0x3f000000）则需要把u-boot从当前位置拷贝到RAM指定位置中；
 建立堆栈 ，堆栈是进入C函数前必须初始化的。
 清.bss区 。
 跳到start_armboot函数中执行 。（lib_arm/board.c）
  2)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。这里只简要列出了主要执行的函数流程：
   void start_armboot (void)
   {
       //全局数据变量指针gd占用r8。
          DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR;
        
          /* 给全局数据变量gd安排空间*/
          gd = (gd_t*)(_armboot_start - CFG_MALLOC_LEN - sizeof(gd_t));
          memset ((void*)gd, 0, sizeof (gd_t));
        
          /* 给板子数据变量gd->bd安排空间*/
          gd->bd = (bd_t*)((char*)gd - sizeof(bd_t));
          memset (gd->bd, 0, sizeof (bd_t));
          monitor_flash_len = _bss_start - _armboot_start;//取u-boot的长度。
        
          /* 顺序执行init_sequence数组中的初始化函数 */
          for (init_fnc_ptr = init_sequence; *init_fnc_ptr; ++init_fnc_ptr) {
                 if ((*init_fnc_ptr)() != 0) {
                         hang ();
                 }
          }
        
          /*配置可用的Flash */
          size = flash_init ();
       　……
          /* 初始化堆空间 */
          mem_malloc_init (_armboot_start - CFG_MALLOC_LEN);
          /* 重新定位环境变量， */
          env_relocate ();
          /* 从环境变量中获取IP地址 */
          gd->bd->bi_ip_addr = getenv_IPaddr ("ipaddr");
          /* 以太网接口MAC 地址 */
          ……
          devices_init ();      /* 设备初始化 */
          jumptable_init ();  //跳转表初始化
          console_init_r ();    /* 完整地初始化控制台设备 */
          enable_interrupts (); /* 使能中断处理 */
          /* 通过环境变量初始化 */
          if ((s = getenv ("loadaddr")) != NULL) {
                  load_addr = simple_strtoul (s, NULL, 16);
          }
          /* main_loop()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 */
          }
   }

初始化函数序列init_sequence[]
  init_sequence[]数组保存着基本的初始化函数指针。这些函数名称和实现的程序文件在下列注释中。
 
  init_fnc_t *init_sequence[] = {
         cpu_init,             /* 基本的处理器相关配置 -- cpu/arm920t/cpu.c */
         board_init,           /* 基本的板级相关配置 -- board/smdk2410/smdk2410.c */
         interrupt_init,       /* 初始化例外处理 -- cpu/arm920t/s3c24x0/interrupt.c */
         env_init,             /* 初始化环境变量 -- common/env_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/s3c24x0/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 -- board/smdk2410/smdk2410.c */
         display_dram_config,  /* 显示RAM的配置大小 -- lib_arm/board.c */
         NULL,
  };

整个u-boot的执行就进入等待用户输入命令，解析并执行命令的死循环中。

2、u-boot主要的数据结构

u- boot的主要功能是用于引导OS的，但是本身也提供许多强大的功能，可以通过输入命令行来完成许多操作。所以它本身也是一个很完备的系统。u-boot 的大部分操作都是围绕它自身的数据结构，这些数据结构是通用的，但是不同的板子初始化这些数据就不一样了。所以u-boot的通用代码是依赖于这些重要的数据结构的。这里说的数据结构其实就是一些全局变量。
 　1）gd　 全局数据变量指针，它保存了u-boot运行需要的全局数据，类型定义：
 　typedef struct global_data {
           bd_t  *bd;      //board data pointor板子数据指针
           unsigned long flags; 　//指示标志，如设备已经初始化标志等。
           unsigned long baudrate; //串口波特率
           unsigned long have_console; /* 串口初始化标志*/
           unsigned long reloc_off;   /* 重定位偏移，就是实际定向的位置与编译连接时指定的位置之差，一般为0 */
           unsigned long env_addr; /* 环境参数地址*/
           unsigned long env_valid; /* 环境参数CRC检验有效标志 */
           unsigned long fb_base; /* base address of frame. buffer */
          　#ifdef CONFIG_VFD
           unsigned char vfd_type; /* display type */
          　#endif
           void  **jt;  /* 跳转表，1.1.6中用来函数调用地址登记 */
          } gd_t;
  2)bd 板子数据指针 。板子很多重要的参数。 类型定义如下：   
   typedef struct bd_info {
             int   bi_baudrate;     /* 串口波特率 */
             unsigned long bi_ip_addr;   /* IP 地址 */
             unsigned char bi_enetaddr[6]; /* MAC地址*/
             struct environment_s        *bi_env;
             ulong         bi_arch_number; /* unique id for this board */
             ulong         bi_boot_params; /* 启动参数 */
             struct    /* RAM 配置 */
             {
            ulong start;
            ulong size;
             }bi_dram[CONFIG_NR_DRAM_BANKS];
         } bd_t;
  3)环境变量指针 env_t *env_ptr = (env_t *)(&environment[0]);(common/env_flash.c)
  　env_ptr指向环境参数区，系统启动时默认的环境参数environment[]，定义在common/environment.c中。　
  　参数解释 ：
    bootdelay 定义执行自动启动的等候秒数
    baudrate 定义串口控制台的波特率
    netmask 定义以太网接口的掩码
    ethaddr 定义以太网接口的MAC地址
    bootfile 定义缺省的下载文件
    bootargs 定义传递给Linux 内核的命令行参数
    bootcmd 定义自动启动时执行的几条命令
    serverip 定义tftp服务器端的IP地址
    ipaddr 定义本地的IP地址
    stdin 定义标准输入设备，一般是串口
    stdout 定义标准输出设备，一般是串口
    stderr 定义标准出错信息输出设备，一般是串口
  4）设备相关 ：
  标准IO设备数组 evice_t *stdio_devices[] = { NULL, NULL, NULL };
  设备列表 　　　　list_t    devlist = 0;
  device_t的定义 ：include/devices.h中：
    typedef struct {
     int flags;    　　　　　 /* Device flags: input/output/system */
     int ext;      　　　　　/* Supported extensions   */
     char name[16];   　　　　　/* Device name    */   
    /* GENERAL functions */   
     int (*start) (void);  　　　/* To start the device   */
     int (*stop) (void);  　　　　/* To stop the device   */   
    /* 输出函数 */   
     void (*putc) (const char c); /* To put a char   */
     void (*puts) (const char *s); /* To put a string (accelerator) */  
    /* 输入函数 */  
     int (*tstc) (void);  　　　　/* To test if a char is ready... */
     int (*getc) (void);  　　　　/* To get that char   */  
    /* Other functions */   
     void *priv;   　　　　　　　/* Private extensions   */
    } device_t;
  　u-boot把可以用为控制台输入输出的设备添加到设备列表devlist,并把当前用作标准IO的设备指针加入stdio_devices数组中。
  　在调用标准IO函数如printf()时将调用stdio_devices数组对应设备的IO函数如putc()。
     5)命令相关的数据结构 ，后面介绍。
     6)与具体设备有关的数据结构 ，
     　如flash_info_t flash_info[CFG_MAX_FLASH_BANKS];记录nor flash的信息。
     　nand_info_t nand_info[CFG_MAX_NAND_DEVICE];　nand flash块设备信息
3、u-boot重定位后的内存分布：
　　　对于smdk2410,RAM范围从0x30000000~0x34000000. u-boot占用高端内存区。从高地址到低地址内存分配如下：

 

　显示缓冲区                (.bss_end~34000000)
     u-boot(bss,data,text)  (33f00000~.bss_end)
     heap(for malloc)
     gd(global data)
     bd(board data)
     stack                       
     ....
     nor flash                      (0~2M)

三、u-boot的重要细节 。

 主要分析流程中各函数的功能。按启动顺序罗列一下启动函数执行细节。按照函数start_armboot流程进行分析：
   1) DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR;
     这个宏定义在include/global_data.h中：
     #define DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR     register volatile gd_t *gd asm ("r8")
     声明一个寄存器变量 gd 占用r8。这个宏在所有需要引用全局数据指针gd_t *gd的源码中都有申明。
     这个申明也避免编译器把r8分配给其它的变量.　所以gd就是r8,这个指针变量不占用内存。
   2） gd = (gd_t*)(_armboot_start - CFG_MALLOC_LEN - sizeof(gd_t));
    对全局数据区进行地址分配，_armboot_start为0x3f000000,CFG_MALLOC_LEN是堆大小＋环境数据区大小，config/smdk2410.h中CFG_MALLOC_LEN大小定义为192KB.
   3) gd->bd = (bd_t*)((char*)gd - sizeof(bd_t));
    分配板子数据区bd首地址。
    这样结合start.s中栈的分配，
    stack_setup：
    ldr r0, _TEXT_BASE  /* upper 128 KiB: relocated uboot   */
    sub r0, r0, #CFG_MALLOC_LEN /* malloc area                      */
    sub r0, r0, #CFG_GBL_DATA_SIZE /* bdinfoCFG_GBL_DATA_SIZE =128B */
    #ifdef CONFIG_USE_IRQ
    sub r0, r0, #(CONFIG_STACKSIZE_IRQ+CONFIG_STACKSIZE_FIQ)
    #endif
    sub sp, r0, #12  /* leave 3 words for abort-stack    */
  不难得出上文所述的内存分配结构。
  下面几个函数是初始化序列表init_sequence[]中的函数:
  4)cpu_init(); 定义于cpu/arm920t/cpu.c
  分配IRQ，FIQ栈底地址，由于没有定义CONFIG_USE_IRQ,所以相当于空实现。
  5) board_init；极级初始化，定义于board/smdk2410/smdk2410.c
  　设置PLL时钟，GPIO，使能I/D cache.
    设置bd信息：gd->bd->bi_arch_number = MACH_TYPE_SMDK2410;//板子的ID，没啥意义。
           gd->bd->bi_boot_params = 0x30000100;//内核启动参数存放地址
    6) interrupt_init;定义于cpu/arm920t/s3c24x0/interrupt.c
    　初始化2410的PWM timer 4,使其能自动装载计数值，恒定的产生时间中断信号，但是中断被屏蔽了用不上。
    7) env_init;定义于common/env_flash.c（搜索的时候发现别的文件也定义了这个函数，而且没有宏定义保证只有一个被编译，这是个问题，有高手知道指点一下！）
  功能：指定环境区的地址。default_environment是默认的环境参数设置。
   gd->env_addr  = (ulong)&default_environment[0];
   gd->env_valid = 0;
  8) init_baudrate；初始化全局数据区中波特率的值
  gd->bd->bi_baudrate = gd->baudrate =(i > 0)
   ? (int) simple_strtoul (tmp, NULL, 10)
   : CONFIG_BAUDRATE;
   9) serial_init; 串口通讯设置 定义于cpu/arm920t/s3c24x0/serial.c
    　根据bd中波特率值和pclk,设置串口寄存器。
   10) console_init_f;控制台前期初始化common/console.c
    由于标准设备还没有初始化（gd->flags & GD_FLG_DEVINIT=0），这时控制台使用串口作为控制台
    函数只有一句：gd->have_console = 1;
   10) dram_init,初始化内存RAM信息。board/smdk2410/smdk2410.c
    其实就是给gd->bd中内存信息表赋值而已。
    gd->bd->bi_dram[0].start = PHYS_SDRAM_1;
 　gd->bd->bi_dram[0].size = PHYS_SDRAM_1_SIZE;
 　初始化序列表init_sequence[]主要函数分析结束。
 11) flash_init；定义在board/smdk2410/flash.c
   这个文件与具体平台关系密切，smdk2410使用的flash与FS2410不一样，所以移植时这个程序就得重写。
   flash_init()是必须重写的函数，它做哪些操作呢？
   首先是有一个变量flash_info_t flash_info[CFG_MAX_FLASH_BANKS]来记录flash的信息。flash_info_t定义 ：
   typedef struct {
    ulong size;   /* 总大小BYTE  */
    ushort sector_count;  /* 总的sector数*/
    ulong flash_id;  /* combined device & manufacturer code */
    ulong start[CFG_MAX_FLASH_SECT];   /* 每个sector的起始物理地址。 */
    uchar protect[CFG_MAX_FLASH_SECT]; /* 每个sector的保护状态，如果置1，在执行erase操作的时候将跳过对应sector*/
     #ifdef CFG_FLASH_CFI //我不管CFI接口。
    .....
     #endif
   } flash_info_t;
    flash_init()的操作就是读取ID号，ID号指明了生产商和设备号，根据这些信息设置size,sector_count,flash_id.以及start[]、protect[]。
   12) 把视频帧缓冲区设置在bss_end后面。
    　addr = (_bss_end + (PAGE_SIZE - 1)) & ~(PAGE_SIZE - 1);
   size = vfd_setmem (addr);
   gd->fb_base = addr;
  13) mem_malloc_init (_armboot_start - CFG_MALLOC_LEN);
   设置heap区，供malloc使用。下面的变量和函数定义在lib_arm/board.c
   malloc可用内存由mem_malloc_start，mem_malloc_end指定。而当前分配的位置则是mem_malloc_brk。
   mem_malloc_init负责初始化这三个变量。malloc则通过sbrk函数来使用和管理这片内存。
    static ulong mem_malloc_start = 0;
    static ulong mem_malloc_end = 0;
    static ulong mem_malloc_brk = 0;

    static
    void mem_malloc_init (ulong dest_addr)
    {
     mem_malloc_start = dest_addr;
     mem_malloc_end = dest_addr + CFG_MALLOC_LEN;
     mem_malloc_brk = mem_malloc_start;
   
     memset ((void *) mem_malloc_start, 0,
       mem_malloc_end - mem_malloc_start);
    }
    void *sbrk (ptrdiff_t increment)
    {
     ulong ld = mem_malloc_brk;
     ulong new = old + increment;
   
     if ((new < mem_malloc_start) || (new > mem_malloc_end)) {
      return (NULL);
     }
     mem_malloc_brk = new;
     return ((void *) old);
    }
  14) env_relocate()　环境参数区重定位
  由于初始化了heap区，所以可以通过malloc()重新分配一块环境参数区，
  但是没有必要，因为默认的环境参数已经重定位到RAM中了。
  /**这里发现个问题，ENV_IS_EMBEDDED是否有定义还没搞清楚，而且CFG_MALLOC_LEN也没有定义，也就是说如果ENV_IS_EMBEDDED没有定义则执行malloc,是不是应该有问题？**/
  15) IP，MAC地址的初始化。主要是从环境中读，然后赋给gd->bd对应域就OK。
  16） devices_init ();定义于common/devices.c
  int devices_init (void)//我去掉了编译选项，注释掉的是因为对应的编译选项没有定义。
   {
     devlist = ListCreate (sizeof (device_t));//创建设备列表
    i2c_init (CFG_I2C_SPEED, CFG_I2C_SLAVE);//初始化i2c接口，i2c没有注册到devlist中去。
    //drv_lcd_init ();
    //drv_video_init ();
    //drv_keyboard_init ();
    //drv_logbuff_init ();
    drv_system_init ();　　//这里其实是定义了一个串口设备，并且注册到devlist中。
    //serial_devices_init ();
    //drv_usbtty_init ();
    //drv_nc_init ();
   }
　　经过devices_init()，创建了devlist，但是只有一个串口设备注册在内。显然，devlist中的设备都是可以做为console的。

16) jumptable_init ();初始化gd->jt。1.1.6版本的jumptable只起登记函数地址的作用。并没有其他作用。
 17) console_init_r ();后期控制台初始化
     主要过程：查看环境参数stdin,stdout,stderr中对标准IO的指定的设备名称，再按照环境指定的名称搜索devlist，将搜到的设备指针赋给标准IO数组stdio_devices[]。置gd->flag标志GD_FLG_DEVINIT。这个标志影响putc，getc函数的实现，未定义此标志时直接由串口serial_getc和serial_putc实现，定义以后通过标准设备数组stdio_devices[]中的 putc和getc来实现IO。
 下面是相关代码：
    void putc (const char c)
         {
         #ifdef CONFIG_SILENT_CONSOLE
          if (gd->flags & GD_FLG_SILENT)//GD_FLG_SILENT无输出标志
           return;
         #endif
          if (gd->flags & GD_FLG_DEVINIT) {//设备list已经初始化
           /* Send to the standard output */
           fputc (stdout, c);
          } else {
           /* Send directly to the handler */
           serial_putc (c);//未初始化时直接从串口输出。
          }
         }
       void fputc (int file, const char c)
        {
         if (file < MAX_FILES)
          stdio_devices[file]->putc (c);
        }

为什么要使用devlist，std_device[]？

为了更灵活地实现标准IO重定向，任何可以作为标准IO的设备，如USB键盘，LCD屏，串口等都可以对应一个device_t的结构体变量，只需要实现 getc和putc等函数，就能加入到devlist列表中去，也就可以被assign为标准IO设备std_device中去。如函数

int console_assign (int file, char *devname); /* Assign the console 重定向标准输入输出*/

这个函数功能就是把名为devname的设备重定向为标准IO文件file(stdin,stdout,stderr)。其执行过程是在devlist中查找devname的设备，返回这个设备的device_t指针，并把指针值赋给std_device[file]。

 18) enable_interrupts(),使能中断。由于CONFIG_USE_IRQ没有定义，空实现。
　　  #ifdef CONFIG_USE_IRQ
    /* enable IRQ interrupts */
    void enable_interrupts (void)
    {
     unsigned long temp;
     __asm__ __volatile__("mrs %0, cpsr/n"
            "bic %0, %0, #0x80/n"
            "msr cpsr_c, %0"
            : "=r" (temp)
            :
            : "memory");
    }
　　　　#else
        void enable_interrupts (void)
    { 
    } 
  19） 设置CS8900的MAC地址。
  cs8900_get_enetaddr (gd->bd->bi_enetaddr); 
  20） 初始化以太网。
  eth_initialize(gd->bd);//bd中已经IP，MAC已经初始化
  21） main_loop ()；定义于common/main.c
  至此所有初始化工作已经完毕。main_loop在标准转入设备中接受命令行，然后分析，查找，执行。

 关于U-boot中命令相关的编程 ：

1、命令相关的函数和定义
  ＠main_loop ：这个函数里有太多编译选项，对于smdk2410,去掉所有选项后等效下面的程序
  void main_loop()
   {
    static char lastcommand[CFG_CBSIZE] = { 0, };
    int len;
    int rc = 1;
    int flag;
     char *s;
    int bootdelay;
    s = getenv ("bootdelay");   //自动启动内核等待延时
    bootdelay = s ? (int)simple_strtol(s, NULL, 10) : CONFIG_BOOTDELAY;
  
    debug ("### main_loop entered: bootdelay=%d/n/n", bootdelay);
    s = getenv ("bootcmd");  //取得环境中设置的启动命令行
    debug ("### main_loop: bootcmd=/"%s/"/n", s ? s : "");
  
    if (bootdelay >= 0 && s && !abortboot (bootdelay))
    {
     run_command (s, 0);//执行启动命令行,smdk2410.h中没有定义CONFIG_BOOTCOMMAND，所以没有命令执行。
    }
   
    for (;;) {
    len = readline(CFG_PROMPT);//读取键入的命令行到console_buffer
  
     flag = 0; /* assume no special flags for now */
     if (len > 0)
      strcpy (lastcommand, console_buffer);//拷贝命令行到lastcommand.
     else if (len == 0)
      flag |= CMD_FLAG_REPEAT;
      if (len == -1)
      puts ("/n");
     else
      rc = run_command (lastcommand, flag);　//执行这个命令行。
  
     if (rc <= 0) {
      /* invalid command or not repeatable, forget it */
      lastcommand[0] = 0;
    }
   }
　＠run_comman(); 在命令table中查找匹配的命令名称，得到对应命令结构体变量指针，以解析得到的参数调用其处理函数执行命令。
    ＠命令结构构体类型定义 ：command.h中，
   struct cmd_tbl_s {
    char  *name;                         /* 命令名   */
    int  maxargs;                         /* 最大参数个数maximum number of arguments */
    int  repeatable; /* autorepeat allowed?  */
                                                   /* Implementation function 命令执行函数*/
    int  (*cmd)(struct cmd_tbl_s *, int, int, char *[]);
    char  *usage;                        /* Usage message (short) */
   #ifdef CFG_LONGHELP
    char  *help;                          /* Help  message (long) */
   #endif
   #ifdef CONFIG_AUTO_COMPLETE
                                                /* do auto completion on the arguments */
    int  (*complete)(int argc, char *argv[], char last_char, int maxv, char *cmdv[]);
   #endif
   };
   typedef struct cmd_tbl_s cmd_tbl_t;

   //定义section属性的结构体 。编译的时候会单独生成一个名为.u_boot_cmd的section段。
   #define Struct_Section  __attribute__ ((unused,section (".u_boot_cmd")))

   //这个 宏定义一个命令结构体变量 。并用name,maxargs,rep,cmd,usage,help初始化各个域。
   #define U_BOOT_CMD(name,maxargs,rep,cmd,usage,help) /
   cmd_tbl_t __u_boot_cmd_##name Struct_Section = {#name, maxargs, rep, cmd, usage, help}
  
   2、在u-boot中，如何添加一个命令：
    1）CFG_CMD_*  命令选项位标志。在include/cmd_confdefs.h　中定义。
     每个板子的配置文件（如include/config/smdk2410.h）中都可以定义u-boot
     需要的命令，如果要添加一个命令，必须添加相应的命令选项。如下：
      #define CONFIG_COMMANDS /
    (CONFIG_CMD_DFL  | /
    CFG_CMD_CACHE  | /
    /*CFG_CMD_NAND  |*/ /
    /*CFG_CMD_EEPROM |*/ /
    /*CFG_CMD_I2C  |*/ /
    /*CFG_CMD_USB  |*/ /
    CFG_CMD_REGINFO  | /
    CFG_CMD_DATE  | /
    CFG_CMD_ELF)
    定义这个选项主要是为了编译命令需要的源文件，大部分命令都在common文件夹下对应一个源文件
    cmd_*.c　，如cmd_cache.c实现cache命令。　文件开头就有一行编译条件：
    #if(CONFIG_COMMANDS&CFG_CMD_CACHE)
    也就是说，如果配置头文件中CONFIG_COMMANDS不或上相应命令的选项，这里就不会被编译。
  　2）定义命令结构体变量，如：
  　　U_BOOT_CMD(
         dcache,   2,   1,     do_dcache,
         "dcache  - enable or disable data cache/n",
         "[on, off]/n"
         "    - enable or disable data (writethrough) cache/n"
        );
　其实就是定义了一个cmd_tbl_t类型的结构体变量，这个结构体变量名为__u_boot_cmd_dcache。
    其中变量的五个域初始化为括号的内容。分别指明了命令名，参数个数，重复数，执行命令的函数，命令提示。
    每个命令都对应这样一个变量，同时这个结构体变量的section属性为.u_boot_cmd.也就是说每个变量编译结束
    在目标文件中都会有一个.u_boot_cmd的section.一个section是连接时的一个输入段，如.text,.bss,.data等都是section名。
    最后由链接程序把所有的.u_boot_cmd段连接在一起，这样就组成了一个命令结构体数组。
    u-boot.lds中相应脚本如下:
      . = .;
      __u_boot_cmd_start = .;
      .u_boot_cmd : { *(.u_boot_cmd) }
      __u_boot_cmd_end = .;
    可以看到所有的命令结构体变量集中在__u_boot_cmd_start开始到__u_boot_cmd_end结束的连续地址范围内，
    这样形成一个cmd_tbl_t类型的数组，run_command函数就是在这个数组中查找命令的。
   3）实现命令处理函数。 命令处理函数的格式：
   void function (cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char *argv[])

  总体来说，如果要实现自己的命令，应该在include/com_confdefs.h中定义一个命令选项标志位。
   在板子的配置文件中添加命令自己的选项。按照u-boot的风格，可以在common/下面添加自己的cmd_*.c，并且定义自己的命令结构体变量，如U_BOOT_CMD(
         mycommand,   2,   1,     do_mycommand,
         "my command!/n",
         ".../n"
         " ../n"
        );

然后实现自己的命令处理函数do_mycommand(cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char *argv[])。

四、U-boot在ST2410的移植，基于NOR FLASH和NAND FLASH启动。
   1、从smdk2410到ST2410:
       ST2410板子的核心板与FS2410是一样的。我没有整到smdk2410的原理图，从网上得知的结论总结如下，
 fs2410与smdk2410 RAM地址空间大小一致(0x30000000~0x34000000=64MB);

NOR FLASH型号不一样，FS2410用SST39VF1601系列的，smdk2410用AMD产LV系列的;

网络芯片型号和在内存中映射的地址完全一致（CS8900，IO方式基地址0x19000300）

    2、移植过程：
    移植u-boot的基本步骤如下
    (1) 在顶层Makefile中为开发板添加新的配置选项，使用已有的配置项目为例。
    smdk2410_config       :       unconfig
    @./mkconfig $(@:_config=) arm arm920t smdk2410 NULL s3c24×0
    参考上面2行，添加下面2行。
    fs2410_config        :       unconfig
    @./mkconfig $(@:_config=) arm arm920t fs2410 NULL s3c24×0
   
    (2) 创建一个新目录存放开发板相关的代码，并且添加文件。
    board/fs2410/config.mk
    board/fs2410/flash.c
    board/fs2410/fs2410.c
    board/fs2410/Makefile
    board/fs2410/memsetup.S
    board/fs2410/u-boot.lds
    注意将board/fs2410/Makefile中smdk2410.o全部改为fs2410.o
    (3) 为开发板添加新的配置文件
    可以先复制参考开发板的配置文件，再修改。例如：
    $cp include/configs/smdk2410.h include/configs/fs2410.h
    如果是为一颗新的CPU移植，还要创建一个新的目录存放CPU相关的代码。
   
    (4) 配置开发板
    $ make fs2410_config
   
   3、移植要考虑的问题：
    　从smdk2410到ST2410移植要考虑的主要问题就是NOR flash。从上述分析知道，u-boot启动时要执行flash_init() 检测flash的ID号，大小，secotor起始地址表和保护状态表,这些信息全部保存在flash_info_t flash_info[CFG_MAX_FLASH_BANKS]中。
   　 另外，u-boot中有一些命令如saveenvt需要要擦写flash，间接调用两个函数：flash_erase和write_buff。在board/smdk2410/flash.c
      实现了与smdk2410板子相关的nor flash函数操作。由于write_buffer中调用了write_hword去具体写入一个字到flash中，这个函数本身是与硬件无关的，
      所以与硬件密切相关的三个需要重写的函数是flash_init, flash_erase,write_hword；
   4、SST39VF1601:
      FS2410板nor flash型号是SST39VF1601，根据data sheet,其主要特性如下：
      16bit字为访问单位。2MBTYE大小。
      sector大小2kword=4KB,block大小32Kword=64KB;这里我按block为单位管理flash,即flash_info结构体变量中的sector_count是block数，起始地址表保存也是所有block的起始地址。
      SST Manufacturer ID = 00BFH ;
      SST39VF1601 Device ID = 234BH；
      软件命令序列如下图。

 
   5、我实现的flash.c主要部分：
    
  //相关定义：
     # define CFG_FLASH_WORD_SIZE unsigned short  //访问单位为16b字
   #define MEM_FLASH_ADDR1  (*(volatile CFG_FLASH_WORD_SIZE *)(CFG_FLASH_BASE + 0x000005555<<1 ))

//命令序列地址1，由于2410地址线A1与SST39VF1601地址线A0连接实现按字访问，因此这个地址要左移1位。
   #define MEM_FLASH_ADDR2  (*(volatile CFG_FLASH_WORD_SIZE *)(CFG_FLASH_BASE + 0x000002AAA<<1 ))　//命令序列地址2
   #define READ_ADDR0 (*(volatile CFG_FLASH_WORD_SIZE *)(CFG_FLASH_BASE + 0x0000))   

  //flash信息读取地址1，A0＝0,其余全为0
   #define READ_ADDR1 (*(volatile CFG_FLASH_WORD_SIZE *)(CFG_FLASH_BASE + 0x0001<<1))　//flash信息读取地址2，A0＝1,其余全为0
   flash_info_t flash_info[CFG_MAX_FLASH_BANKS]; /* 定义全局变量flash_info[1]*/
  
   //flash_init(), 我实现的比较简单，因为是与板子严重依赖的，只要检测到的信息与板子提供的已知信息符合就OK。
   ulong flash_init (void)
   {
    int i;
  
    CFG_FLASH_WORD_SIZE value;
    flash_info_t *info;
    for (i = 0; i < CFG_MAX_FLASH_BANKS; i++)
    {
     flash_info[i].flash_id=FLASH_UNKNOWN;
    } 
    info=(flash_info_t *)(&flash_info[0]);
   
     //进入读ID状态，读MAN ID和device id
     MEM_FLASH_ADDR1=(CFG_FLASH_WORD_SIZE)(0x00AA);
     MEM_FLASH_ADDR2=(CFG_FLASH_WORD_SIZE)(0x0055);
     MEM_FLASH_ADDR1=(CFG_FLASH_WORD_SIZE)(0x0090);
   
     value=READ_ADDR0;   //read Manufacturer ID
   
     if(value==(CFG_FLASH_WORD_SIZE)SST_MANUFACT)
      info->flash_id = FLASH_MAN_SST;
     else
      {
       panic("NOT expected FLASH FOUND!/n");return 0;
      }
     value=READ_ADDR1;   //read device ID
  
     if(value==(CFG_FLASH_WORD_SIZE)SST_ID_xF1601)
      {
       info->flash_id += FLASH_SST1601;
         info->sector_count = 32;   //32 block
         info->size = 0x00200000; // 2M=32*64K
      }
     else
      {
       panic("NOT expected FLASH FOUND!/n");return 0; 
      }
     
     //建立sector起始地址表。
    if ((info->flash_id & FLASH_VENDMASK) == FLASH_MAN_SST )
    {
      for (i = 0; i < info->sector_count; i++)
     info->start[i] = CFG_FLASH_BASE + (i * 0x00010000);
    }
   
     //设置sector保护信息，对于SST生产的FLASH，全部设为0。
    for (i = 0; i < info->sector_count; i++)
    {
     if((info->flash_id & FLASH_VENDMASK) == FLASH_MAN_SST)
       info->protect[i] = 0;
    }
   
     //结束读ID状态：
    *((CFG_FLASH_WORD_SIZE *)&info->start[0])= (CFG_FLASH_WORD_SIZE)0x00F0;
   
    //设置保护，将u-boot镜像和环境参数所在的block的proctect标志置1
    flash_protect (FLAG_PROTECT_SET,
            CFG_FLASH_BASE,
            CFG_FLASH_BASE + monitor_flash_len - 1,
            &flash_info[0]);
  
    flash_protect (FLAG_PROTECT_SET,
            CFG_ENV_ADDR,
            CFG_ENV_ADDR + CFG_ENV_SIZE - 1, &flash_info[0]);
    return info->size;
   }
　　　
 //flash_erase实现
   　这里给出修改的部分，s_first，s_last是要擦除的block的起始和终止block号.对于protect[]置位的block不进行擦除。
擦除一个block命令时序 按照上面图示的Block-Erase进行。
 for (sect = s_first; sect<=s_last; sect++)
   {
    if (info->protect[sect] == 0)
    { /* not protected */
        addr = (CFG_FLASH_WORD_SIZE *)(info->start[sect]);
        if ((info->flash_id & FLASH_VENDMASK) == FLASH_MAN_SST)
         {
        MEM_FLASH_ADDR1 = (CFG_FLASH_WORD_SIZE)0x00AA;
        MEM_FLASH_ADDR2 = (CFG_FLASH_WORD_SIZE)0x0055;
        MEM_FLASH_ADDR1 = (CFG_FLASH_WORD_SIZE)0x0080;
        MEM_FLASH_ADDR1 = (CFG_FLASH_WORD_SIZE)0x00AA;
        MEM_FLASH_ADDR2 = (CFG_FLASH_WORD_SIZE)0x0055;
        addr[0] = (CFG_FLASH_WORD_SIZE)0x0050;  /* block erase */
        for (i=0; i<50; i++)
          udelay(1000);  /* wait 1 ms */
          }
     else
      {
       break;
      }
     }
   }
   .........
  start = get_timer (0);　　//在指定时间内不能完成为超时。
  last  = start;
  addr = (CFG_FLASH_WORD_SIZE *)(info->start[l_sect]);//查询DQ7是否为1，DQ7=1表明擦除完毕
  while ((addr[0] & (CFG_FLASH_WORD_SIZE)0x0080) != (CFG_FLASH_WORD_SIZE)0x0080) {
   if ((now = get_timer(start)) > CFG_FLASH_ERASE_TOUT) {
    printf ("Timeout/n");
    return 1;
  }
  ................
 
  //write_word操作 ，这个函数由write_buff一调用，完成写入一个word的操作，其操作命令序列由上图中Word-Program指定。
  static int write_word (flash_info_t *info, ulong dest, ulong data)
  {
   volatile CFG_FLASH_WORD_SIZE *dest2 = (CFG_FLASH_WORD_SIZE *)dest;
   volatile CFG_FLASH_WORD_SIZE *data2 = (CFG_FLASH_WORD_SIZE *)&data;
   ulong start;
   int flag;
   int i;
 
   /* Check if Flash is (sufficiently) erased */
   if ((*((volatile ulong *)dest) & data) != data) {
    return (2);
   }
   /* Disable interrupts which might cause a timeout here */
   flag = disable_interrupts();
 
   for (i=0; i<4/sizeof(CFG_FLASH_WORD_SIZE); i++)
     {
       MEM_FLASH_ADDR1 = (CFG_FLASH_WORD_SIZE)0x00AA;
       MEM_FLASH_ADDR2 = (CFG_FLASH_WORD_SIZE)0x0055;
       MEM_FLASH_ADDR1 = (CFG_FLASH_WORD_SIZE)0x00A0;
 
       dest2[i] = data2[i];
 
       /* re-enable interrupts if necessary */
       if (flag)
         enable_interrupts();
 
       /* data polling for D7 */
       start = get_timer (0);
       while ((dest2[i] & (CFG_FLASH_WORD_SIZE)0x0080) !=
       (data2[i] & (CFG_FLASH_WORD_SIZE)0x0080)) {
         if (get_timer(start) > CFG_FLASH_WRITE_TOUT) {
    return (1);
         }
       }
     }
   return (0);
  }
 
  这些代码在与nor flash相关的命令中都会间接被调用。所以u-boot可移植性的另一个方面就是规定一些函数调用接口和全局变量，这些函数的实现是硬件相关的，移植时只需要实现这些函数。
  而全局变量是具体硬件无关的。u-boot在通用目录中实现其余与硬件无关的函数，这些函数就只与全局变量和函数接口打交道了。 通过编译选项设置来灵活控制是否需要编译通用部分。
 
 
 6、增加从Nand 启动的代码 ：
 FS2410板有跳线，跳线短路时从NAND启动，否则从NOR启动。根据FS2410 BIOS源码，我修改了start.s加入了可以从两种FLASH中启动u-boot的
 代码。原理在于：在重定位之前先读BWSCON寄存器，判断OM0位是0（有跳线，NAND启动）还是1（无跳线，NOR启动），采取不同的重定位代码
 分别从nand或nor中拷贝u-boot镜像到RAM中。这里面也有问题，比如从Nand启动后，nor flash的初始化代码和与它相关的命令都是不能使用的。
 这里我采用比较简单的方法，定义一个全局变量标志_boot_flash保存当前启动FLASH标志，_boot_flash=0则表明是NOR启动，否则是从NAND。
 在每个与nor flash 相关的命令执行函数一开始就判断这个变量，如果为1立即返回。flash_init()也必须放在这个if(!_boot_flash)条件中。
 这里方法比较笨，主要是为了能在跳线处于任意状态时都能启动u-boot。
 修改后的start.s如下。
 .......
  //修改1
  .globl _boot_flash
  _boot_flash:   //定义全局标志变量，0:NOR FLASH启动，1：NAND FLASH启动。
  .word 0x00000000  
 .........

  ///修改2：

  ldr r0,=BWSCON
  ldr r0,[r0]
  ands r0,r0,#6
  beq nand_boot   //OM0=0,有跳线，从Nand启动。nand_boot在后面定义。
  ............
 
  //修改4,这里在全局变量_boot_flash中设置当前启动flash设备是NOR还是NAND
  //这里已经完成搬运到RAM的工作，即将跳转到RAM中_start_armboot函数中执行。
  adr r1,_boot_flash //取_boot_flash的当前地址，这时还在NOR FLASH或者NAND 4KB缓冲中。
  ldr r2,_TEXT_BASE
  add r1,r1,r2   //得到_boot_flash重定位后的地址，这个地址在RAM中。
  ldr r0,=BWSCON
  ldr r0,[r0]
  ands r0,r0,#6   //
  mov r2,#0x00000001
  streq r2,[r1]   //如果当前是从NAND启动，置_boot_flash为1
 
  ldr pc, _start_armboot
 
 _start_armboot: .word start_armboot
 
 ........
 
 //////// 修改4，从NAND拷贝U-boot镜像（最大128KB），这段代码由fs2410 BIOS修改得来。
 nand_boot:
   mov r5, #NFCONF
   ldr r0, =(1<<15)|(1<<12)|(1<<11)|(7<<8)|(7<<4)|(7)
   str r0, [r5]
  
   bl ReadNandID
   mov r6, #0
   ldr r0, =0xec73
   cmp r5, r0
   beq x1
   ldr r0, =0xec75
   cmp r5, r0
   beq x1
   mov r6, #1
  x1:
   bl ReadNandStatus
  
   mov r8, #0        //r8是PAGE数变量
   ldr r9, _TEXT_BASE   //r9指向u-boot在RAM中的起始地址。
  x2:
   ands r0, r8, #0x1f
   bne  x3       //此处意思在于页数是32的整数倍的时候才进行一次坏块检查  1 block=32 pages，否则直接读取页面。
   mov  r0, r8
   bl  CheckBadBlk   //检查坏块返回值非0表明当前块不是坏块。
   cmp  r0, #0
   addne r8, r8, #32   //如果当前块坏了，跳过读取操作。 1 block=32 pages
   bne  x4
  x3:
   mov r0, r8
   mov r1, r9
   bl ReadNandPage  //读取一页(512B)
   add r9, r9, #512
   add r8, r8, #1
  x4:
   cmp r8, #256    //一共读取256*512=128KB。
   bcc x2
  
   mov r5, #NFCONF   /

 

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