uboot代码简要分析

本次移植使用的是U-boot-2009.11。
    先来看看源码目录结构，再按照代码的执行顺序简单地分析源码

1.U-boot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，它主要做最早其的系统初始化，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其实地址，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	支持的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U-boot的所有架构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。

2. 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 <common.h> #include <config.h>   /*  *************************************************************************  *  * 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。

 

 

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。

标有红色的是比较重要的地方。

大致的U-boot启动流程就简单介绍到这。