u-boot分析

参考：

https://www.cnblogs.com/wrjvszq/p/4217171.html

https://blog.csdn.net/hyyoxhk/article/details/81734733

目录

pc与嵌入式系统启动步骤

分析u-boot.bin编译过程

build_uboot.sh分析

Makefile分析

mkconfig文件分析

链接文件u-boot.lds分析

u-boot启动分析

start.S文件分析

board.c内start_armboot函数分析

main_loop函数分析：

run_command函数分析

添加一条新的指令（以hello为例）：

---

pc与嵌入式系统启动步骤

PC	嵌入式系统
BIOS	bootloader u-boot使用的最多
引导操作系统Windows	linux内核
识别c、d盘	挂接“根文件系统”
运行应用程序 qq、msn等	应用程序

BootLoader最终目的：启动内核

• 从flash独处内核放到内存中去
• 启动内核

u-boot要实现的功能

1. 读flash，( 写flash，网卡,USB等为了开发方便)
2. 初始化SDRAM（内存）（初始化时钟、初始化串口等）
3. 启动内核

分析u-boot.bin编译过程

 

build_uboot.sh分析

./build_uboot.sh SCP_1GDDR     在itop4412中使用编译脚本“build_uboot.sh”编译 uboot，参数为SCP_1GDDR

./build_uboot.sh主要内容：

if   [ "$1" = "SCP_1GDDR" ] ||   [ "$1" = "SCP_2GDDR" ] || [ "$1" = "SCP_1GDDR_Ubuntu" ] ||   [ "$1" = "SCP_2GDDR_Ubuntu" ]
then 
      sec_path="../CodeSign4SecureBoot_SCP/"
      CoreBoard_type="SCP"


if [ "$1" = "SCP_1GDDR" ]
                then
                	make itop_4412_android_config_scp_1GDDR

make -j$CPU_JOB_NUM

1. 定义路径，命名
2. make itop_4412_android_config_scp_1GDDR 进行配置，参数为itop_4412_android_config_scp_1GDDR
3. make -j$CPU_JOB_NUM 多线程编译

Makefile分析

Makefile文件：搜索 编译参数SCP_2GDDR 可得到

itop_4412_android_config_scp_1GDDR:		unconfig
	@$(MKCONFIG) $(@:_config=) arm arm_cortexa9 smdkc210 samsung s5pc210 SCP_1GDDR

MKCONFIG    := $(SRCTREE)/mkconfig 表示当前目录下的mkconfig 所以这句代码可以表示为： （$1:就表示第1个参数或者命令）

mkconfig itop_4412_android_config_scp_2GDDR arm arm_cortexa9 smdkc210 samsung s5pc210 SCP_2GDDR
  $0                        $1               $2      $3        $4        $5      $6      $7      

该条语句具体内容请看下文mkconfig分析。

OBJS  = cpu/$(CPU)/start.o
ifeq ($(CPU),i386)
OBJS += cpu/$(CPU)/start16.o
OBJS += cpu/$(CPU)/resetvec.o
endif
ifeq ($(CPU),ppc4xx)
OBJS += cpu/$(CPU)/resetvec.o
endif
ifeq ($(CPU),mpc85xx)
OBJS += cpu/$(CPU)/resetvec.o
endif

OBJS := $(addprefix $(obj),$(OBJS))

LIBS  = lib_generic/libgeneric.a
LIBS += lib_generic/lzma/liblzma.a
LIBS += lib_generic/lzo/liblzo.a
………………
ALL += $(obj)u-boot.srec $(obj)u-boot.bin $(obj)System.map $(U_BOOT_NAND) $(U_BOOT_ONENAND)
………………
$(obj)u-boot.bin:	$(obj)u-boot

$(obj)u-boot:	depend $(SUBDIRS) $(OBJS) $(LIBBOARD) $(LIBS) $(LDSCRIPT) $(obj)u-boot.lds
		$(GEN_UBOOT)
ifeq ($(CONFIG_KALLSYMS),y)
		smap=`$(call SYSTEM_MAP,u-boot) | \
			awk '$$2 ~ /[tTwW]/ {printf $$1 $$3 "\\\\000"}'` ; \
		$(CC) $(CFLAGS) -DSYSTEM_MAP="\"$${smap}\"" \
			-c common/system_map.c -o $(obj)common/system_map.o
		$(GEN_UBOOT) $(obj)common/system_map.o

1. 编译好之后打包成.a文件到LIBS库里面，.o文件到OBJS，第一个文件必须是start.o
2. 目标是生成u-boot.bin。u-boot.bin(二进制文件)依赖于u-boot文件(elf文件)，u-boot文件又依赖于u-boot.lds文件
3. all表示所有文件都要编译
4. 各种编译的原材料如何组织成一个u-boot，需要依照链接脚本u-boot.lds

mkconfig文件分析

mkconfig简单摘要：

mkconfig itop_4412_android_config_scp_2GDDR arm arm_cortexa9 smdkc210 samsung s5pc210 SCP_2GDDR
  $0                        $1               $2      $3        $4        $5      $6      $7      

if   [ "$7" = "SCP_1GDDR" ]  ||   [ "$7" = "SCP_2GDDR" ] || [ "$7" = "POP_1GDDR" ]  ||   [ "$7" = "POP_2GDDR" ]
then 
      BOARD_NAME="itop_4412_android"
      echo "CoreBoard OS is android or linux...... "
……

[ "${BOARD_NAME}" ] || BOARD_NAME="$1"
[ $# -lt 4 ] && exit 1
[ $# -gt 7 ] && exit 1
……
if [ "$SRCTREE" != "$OBJTREE" ] ; then
	mkdir -p ${OBJTREE}/include
	mkdir -p ${OBJTREE}/include2
	cd ${OBJTREE}/include2
	rm -f asm
	ln -s ${SRCTREE}/include/asm-$2 asm
	LNPREFIX="../../include2/asm/"
	cd ../include
	rm -rf asm-$2
	rm -f asm
	mkdir asm-$2
	ln -s asm-$2 asm
else
	cd ./include
	rm -f asm
	ln -s asm-$2 asm
fi
……
rm -f asm-$2/arch

if [ -z "$6" -o "$6" = "NULL" ] ; then
	ln -s ${LNPREFIX}arch-$3 asm-$2/arch
else
	ln -s ${LNPREFIX}arch-$6 asm-$2/arch
fi

if [ "$2" = "arm" ] ; then
	rm -f asm-$2/proc
	ln -s ${LNPREFIX}proc-armv asm-$2/proc
fi

#
# Create include file for Make
#
echo "ARCH   = $2" >  config.mk
echo "CPU    = $3" >> config.mk
echo "BOARD  = $4" >> config.mk

[ "$5" ] && [ "$5" != "NULL" ] && echo "VENDOR = $5" >> config.mk

[ "$6" ] && [ "$6" != "NULL" ] && echo "SOC    = $6" >> config.mk
……
#
# Create board specific header file
#
if [ "$APPEND" = "yes" ]	# Append to existing config file
then
	echo >> config.h
else
	> config.h		# Create new config file
fi
echo "/* Automatically generated - do not edit */" >>config.h

for i in ${TARGETS} ; do
	echo "#define CONFIG_MK_${i} 1" >>config.h ;
done

#add by dg for all itop4412 type boards

[ "$7" ] && [ "$7" != "NULL" ] && echo "#define CONFIG_$7" >> config.h

if   [ "$7" = "SCP_1GDDR" ]  ||   [ "$7" = "SCP_2GDDR" ] || [ "$7" = "POP_1GDDR" ]  ||   [ "$7" = "POP_2GDDR" ]
then 
      BOARD_NAME="itop_4412_android"
      echo "CoreBoard OS is android or linux...... " 命名BOARD_NAME，并打印一句话。

[ "${BOARD_NAME}" ] || BOARD_NAME="$1" 如果没有BOARD_NAME,那么就定义为 参数$1

[ $# -lt 4 ] && exit 1
[ $# -gt 7 ] && exit 1  如果参数小于4个或者大于7个就退出 显然不会退出

if [ "$SRCTREE" != "$SRCTREE" ] ; then  在Makefile源码中"$SRCTREE" "$SRCTREE" 两者相等，所以不执行if内容

    cd ./include
    rm -f asm
    ln -s asm-$2 asm   代入$2就是 In -s asm-arm asm 创建一个连接文件 asm指向asm-arm
驱动源码中加入头文件#include 就等于asm-arm/type.h

rm -f asm-$2/arch 删除asm-arm/arch

ln -s ${LNPREFIX}arch-$6 asm-$2/arch  In -s arch-s5pc210 asm-arm/arch 在asm-arm目录下建一个arch文件，是一个链接文件指向arch-s5pc210

rm -f asm-$2/proc  删除asm-arm/proc
ln -s ${LNPREFIX}proc-armv asm-$2/proc In -s proc-armv asm-arm/proc 创建链接文件asm-arm/proc，指向proc-armv

echo "ARCH   = $2" >  config.mk  >表示创建配置文件
echo "CPU    = $3" >> config.mk  >>表示追加内容
echo "BOARD  = $4" >> config.mk 
[ "$5" ] && [ "$5" != "NULL" ] && echo "VENDOR = $5" >> config.mk
[ "$6" ] && [ "$6" != "NULL" ] && echo "SOC    = $6" >> config.mk
 ARCH  = arm 
 CPU   = arm_cortexa9 
 BOARD = smdkc210
VENDOR = samsung 
  SOC  = s5pc210

> config.h 新建config.h头文件
echo "/* Automatically generated - do not edit */" >>config.h

for i in ${TARGETS} ; do
    echo "#define CONFIG_MK_${i} 1" >>config.h;
done

追加 /* Automatically generated - do not edit */ 和#define CONFIG_MK_${i} 1 到config.h

---------mkconfig文件所做工作：

• asm、proc-armv等链接文件
• 创建config.mk文件
• 创建config.h头文件

链接文件u-boot.lds分析

OUTPUT_FORMAT("elf32-littlearm", "elf32-littlearm", "elf32-littlearm")
OUTPUT_ARCH(arm)
ENTRY(_start)
SECTIONS
{
 . = 0x00000000;  0xc3e00000 
 . = ALIGN(4);
 .text :
 {
  cpu/arm_cortexa9/start.o (.text)
  cpu/arm_cortexa9/s5pc210/cpu_init.o (.text)
  board/samsung/smdkc210/lowlevel_init.o (.text)
  common/ace_sha1.o (.text)
  *(.text)
 }
 . = ALIGN(4);
 .rodata : { *(SORT_BY_ALIGNMENT(SORT_BY_NAME(.rodata*))) }
 . = ALIGN(4);
 .data : { *(.data) }
 . = ALIGN(4);
 .got : { *(.got) }
 __u_boot_cmd_start = .;
 .u_boot_cmd : { *(.u_boot_cmd) }
 __u_boot_cmd_end = .;
 . = ALIGN(4);
 __bss_start = .;
 .bss : { *(.bss) }
 _end = .;
}

cd /home/topeet/android4.0/iTop4412_uboot && /usr/local/arm/arm-2009q3/bin/arm-none-linux-gnueabi-ld -Bstatic -T u-boot.lds  -Ttext 0xc3e00000 $UNDEF_SYM 所以地址0x00000000会加上0xc3e00000

第一个链接的是cpu/arm_cortexa9/start.o (.text)，因此u-boot.bin的入口代码在cpu/arm_cortexa9/start.o，对应的代码在cpu/arm920t/start.S中。

u-boot启动分析

start.S文件分析

57-65行
 中断向量设置
 58行跳转到reset到184行
 
194-197行
    设置CPU在SVC工作模式，获取最高等级的权限

201-216行
    cache初始化
    关闭cache
220-226行
    关闭mmu（内存肯定不能用）
240-243行
    读取OM状态
    #define POWER_BASE                0x10020000
    假设是eMMC启动，bit3=bit5=1 0x28
    执行271行 保存OM状态为0x28  BOOT_EMMC441
293行
    初始化PLL（时钟）、复用口、内存
    跳转到
    board/samsung/smdkc210/lowlevel_init文件中
296行
    手机冷启动强制PS_HOLD输出高电平

301-304行
    要准备调用C语言，从汇编到C语言必须设置堆栈
317-322行
    判断程序是在eMMC中还是在内存中
    不相等，直接执行后面的
326-332行
    点亮两个灯
336-338行
    延时
    
359-380行
    367-368行
    emmc441_boot跳到418行
418-433行
    426行    emmc441_uboot_copy 是在bl2中
    把uboot从emmc中拷贝到内存中（mmu是关闭的）
    428-433行
        如果拷贝失败，则去tf卡中找uboot
441-467行
    使能MMU（代码已经在内存中，内存打开可以使用）
    跳转到内存中
481-491行
    堆栈设置以及初始化
509行
    start_armboot跳到c语言
    汇编阶段完成，到C语言阶段
----------------------------

start.S具体的工作：

1. 设置中断向量
2. CPU进入SVC模式，最高权限
3. 设置控制寄存器地址
4. 关闭看门狗
5. 屏蔽中断
6. 设置MPLLCON、UPLLCON、CLKDIVN
7. 关闭MMU，cache
8. 初始化ram寄存器
9. 复制uboot从flash到内存
10. 设置堆栈
11. 清除bss段
12. 调用start_armboot进入u-boot第二阶段

board.c内start_armboot函数分析

init_fnc_t *init_sequence[] = {
#if defined(CONFIG_ARCH_CPU_INIT)
	arch_cpu_init,		/* basic arch cpu dependent setup */
#endif
	board_init,		/* basic board dependent setup */
//#if defined(CONFIG_USE_IRQ)
	interrupt_init,		/* set up exceptions */
//#endif
	//timer_init,		/* initialize timer */
#ifdef CONFIG_FSL_ESDHC
	//get_clocks,
#endif
	env_init,		/* initialize environment */
	init_baudrate,		/* initialze baudrate settings */
	serial_init,		/* serial communications setup */
	console_init_f,		/* stage 1 init of console */
	off_charge,		// xiebin.wang @ 20110531,for charger&power off device.

	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
#if defined(CONFIG_HARD_I2C) || defined(CONFIG_SOFT_I2C)
	//init_func_i2c,
#endif
	dram_init,		/* configure available RAM banks */
#if defined(CONFIG_CMD_PCI) || defined (CONFIG_PCI)
	//arm_pci_init,
#endif
	display_dram_config,
	NULL,
};

	for (init_fnc_ptr = init_sequence; *init_fnc_ptr; ++init_fnc_ptr) {
		if ((*init_fnc_ptr)() != 0) {
			hang ();
		}
	}

u-boot启动内核：

• 从flash读出内核
• 启动内核

main_loop函数分析：

s = getenv ("bootcmd");

获得环境变量bootcmd，bootcmd = nand read.jffs2 0x30007FC0 kernel;bootm 0x30007FC0

run_command (s, 0);

执行环境变量bootcmd里面的命令（nand read.jffs2 0x30007FC0 kernel），做到读出内核并运行（bootm 0x30007FC0）。

----------------

假如bootcount倒计时按下回车键，进入u-boot控制界面

len = readline (CONFIG_SYS_PROMPT);
rc = run_command (lastcommand, flag);

读出串口的数据，并执行命令。

run_command函数分析

cmd_tbl_t *cmdtp;  cmd_tbl_t 结构体里哦面包含了指令名字、实现函数等。

(*sep == ';') &&   可以使用；号隔开两个指令，分别处理

if ((argc = parse_line (finaltoken, argv)) == 0)  提取出指令字符串

cmdtp = find_cmd(argv[0])  从指令表找到指令

在u-boot.lds中：所有指令存放在 .u-boot_cmd段，从__u_boot_cmd_start开始，到__u_boot_cmd_end结束。

 __u_boot_cmd_start = .;
 .u_boot_cmd : { *(.u_boot_cmd) }
 __u_boot_cmd_end = .;

find_cmd从__u_boot_cmd_start开始开始查找指令，找到后返回cmd_tbl_t 结构体指针。

if ((cmdtp->cmd) (cmdtp, flag, argc, argv) != 0) 调用这个指令的实现函数。

在正常情况下（没有在bootcount倒计时按下回车），会执行nand read.jffs2和bootm指令来读取flash的内核和启动内核，如果按下回车进入boot模式，则等待串口传送的指令。

.u-boot_cmd段中存放的具体内容，以bootm为例

U_BOOT_CMD(
	bootm,	CONFIG_SYS_MAXARGS,	1,	do_bootm,
	"boot application image from memory",
	"[addr [arg ...]]\n    - boot application image stored in memory\n"
	"\tpassing arguments 'arg ...'; when booting a Linux kernel,\n"
	"\t'arg' can be the address of an initrd image\n"
);

这是一个宏定义


command.h中有如下定义
#define Struct_Section  __attribute__ ((unused,section (".u_boot_cmd")))

#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}

则
cmd_tbl_t __u_boot_cmd_bootm __attribute__ ((unused,section (".u_boot_cmd"))) = 
{"bootm", CONFIG_SYS_MAXARGS, 1, do_bootm, "boot application image from memory", help}

添加一条新的指令（以hello为例）：

1. 编写cmd_hello.c文件放进common文件夹；
2. 修改common文件夹内的Makefile文件，在COBJS内最后面添加cmd_hello.o；
3. make命令重新编译u-boot；
4. 重新烧写u-boot，在u-boot模式内输入，help指令查看是否有hello指令；
5. 使用hello指令，hello help指令，hello+参数 指令，查看效果；

以下代码是cmd_hello.c

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

int do_hello (cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char *argv[])
{
	int i;
	printf("helloworld!\n");
	for(i=0;i

内核启动分析nand和bootm命令

nand read.jffs2 0x30007fc0 kernel;  kernel表示分区。从nand读出内核：从哪里读？从kernel分区读取；放到那里去？0x0007FC0

do_nand函数读取内核。

bootm 0x30007FC0命令：

do_bootm函数：1、读取头部；2、移动内核到加载地址去；3、启动do_bootm_linux

do_bootm_linux：1、设置一些启动参数；2、调到入口地址启动内核

static boot_os_fn *boot_os[] = {
#ifdef CONFIG_BOOTM_LINUX
	[IH_OS_LINUX] = do_bootm_linux,
#endif
#ifdef CONFIG_BOOTM_NETBSD
	[IH_OS_NETBSD] = do_bootm_netbsd,
#endif
#ifdef CONFIG_LYNXKDI
	[IH_OS_LYNXOS] = do_bootm_lynxkdi,
#endif
#ifdef CONFIG_BOOTM_RTEMS
	[IH_OS_RTEMS] = do_bootm_rtems,
#endif
#if defined(CONFIG_CMD_ELF)
	[IH_OS_VXWORKS] = do_bootm_vxworks,
	[IH_OS_QNX] = do_bootm_qnxelf,
#endif
#ifdef CONFIG_INTEGRITY
	[IH_OS_INTEGRITY] = do_bootm_integrity,
#endif
};

do_bootm_linux函数在boot_os结构体数组内。

#if defined (CONFIG_SETUP_MEMORY_TAGS) || \
    defined (CONFIG_CMDLINE_TAG) || \
    defined (CONFIG_INITRD_TAG) || \
    defined (CONFIG_SERIAL_TAG) || \
    defined (CONFIG_REVISION_TAG) || \
    defined (CONFIG_LCD) || \
    defined (CONFIG_VFD)
	setup_start_tag (bd);
#ifdef CONFIG_SERIAL_TAG
	setup_serial_tag (¶ms);
#endif
#ifdef CONFIG_REVISION_TAG
	setup_revision_tag (¶ms);
#endif
#ifdef CONFIG_SETUP_MEMORY_TAGS
	setup_memory_tags (bd);
#endif
#ifdef CONFIG_CMDLINE_TAG
	setup_commandline_tag (bd, commandline);
#endif
#ifdef CONFIG_INITRD_TAG
	if (images->rd_start && images->rd_end)
		setup_initrd_tag (bd, images->rd_start, images->rd_end);
#endif
#if defined (CONFIG_VFD) || defined (CONFIG_LCD)
	setup_videolfb_tag ((gd_t *) gd);
#endif
	setup_end_tag (bd);
#endif

为内核设置启动参数

static void setup_start_tag (bd_t *bd)
{
	params = (struct tag *) bd->bi_boot_params;

	params->hdr.tag = ATAG_CORE;
	params->hdr.size = tag_size (tag_core);

	params->u.core.flags = 0;
	params->u.core.pagesize = 0;
	params->u.core.rootdev = 0;

	params = tag_next (params);
}

以setup_start_tag为例，设置参数。

theKernel (0, machid, bd->bi_boot_params);

跳转到入口地址，启动内核。 machid：机器ID；bd->bi_boot_params：上面设置的启动参数