基于mips架构的uboot启动流程（3）

 

要注意mips具有流水线可见性，所以跟在跳转指令后的下一条指令，在执行跳转到的地方前，都会执行，这个叫分支延迟。但是编译器会隐藏该特性，但可以通过设置”.set noreorder”来禁止编译器重新组织代码顺序。

每个板子都有自己的lds文件。这个主要是用来说明编译生成的指令，及运行过程中用到的数据放置的位置。这个可以参考ld的手册。比如board/dbau1x00/u-boot.lds。

OUTPUT_FORMAT(“elf32-tradbigmips”, “elf32-tradbigmips”, “elf32-tradbigmips”)
/* 这里是生成格式为elf。大端，mips */
OUTPUT_ARCH(mips)
/* 平台为mips */
ENTRY(_start) /* 入口点为_start */
SECTIONS
{
. = 0×00000000;

. = ALIGN(4);
.text : /* 这个是程序存放的地方 */
{
*(.text)
}

. = ALIGN(4); /* 表示以4字节对齐 */
.rodata : { *(SORT_BY_ALIGNMENT(SORT_BY_NAME(.rodata*))) }

. = ALIGN(4);
.data : { *(.data) }

. = .;
_gp = ALIGN(16) + 0x7ff0;

.got : {
__got_start = .; /* 表示该处地址的值给__got_start */
*(.got)
__got_end = .;
}

.sdata : { *(.sdata) }

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

uboot_end_data = .;
num_got_entries = (__got_end – __got_start) >> 2;

. = ALIGN(4);
.sbss (NOLOAD) : { *(.sbss) }
.bss (NOLOAD) : { *(.bss) . = ALIGN(4); }
uboot_end = .;
}

 

下面来分析cpu/mips/start.S
首先从_start开始。前面是128个字（不是字节），是留给异常入口点的。
1. 最前面两个分别是硬复位和软复位，这两个都跳到reset处。
2. 下面就是清一些CP0（协处理器0，mips对CPU的控制都是通过它实现的）的一些主要位。
3. 然后是关闭cache
4. 下面这个比较有意思。为什么还非要跳一下呢？这样就可以知道代码的位置,而不是标号值。比如可能在RAM中或ROM中。

bal 1f
nop
.word _gp
1:
lw gp, 0(ra)

 

5. 这里执行lowlevel_init 。这是第一个需要我们自己定义的函数 。由于没有初始化堆栈，这里只能用汇编。我们看到在jalr后跟了个nop，这就是分支延迟槽了，在这里什么也没有执行。
6. 下面执行了mips_cache_reset，它会来清理数据和指令的cache，并设置为正确的值。然后就可以打开cache了。
7. 由于我们的内存可能还没有始初化（有些人会有lowlevel_init中初始化，但有的人没有这样做）。但我们使用C函数的话，就需要堆栈，所以需要一个内存空间。于是这里执行了mips_cache_lock，将cache的地址锁定，就是将cache当内存用了。然后我们将堆栈的地址设定在我们锁定的cache的最高地址（因为堆栈是向下生长的）。这时我们就可以用C函数了，当然你还用不了malloc，也不可以太多的浪费堆栈。
8. 这里就跑到C的初始化函数中去了－－board_init_f。

对于mips，board_init_f在lib_mips/board.c下。在board_init_f()函数中，主要完成了一些功能初始化，和划分RAM。

/* 所以最后RAM中是这样子的
—RAM 0×0000,0000—
…………
— ^ SP ^ —
— boot params — CONFIG_SYS_BOOTPARAMS_LEN bd->bi_boot_params
— Global Data — sizeof(gd_t) gd
— Board Info — sizeof(bd_t) gd->bd = bd
— mallco(+env) — CONFIG_SYS_MALLOC_LEN + CONFIG_ENV_SIZE
— uboot code — 16kB
—RAM end —
*/

 

再看一下都初始化了什么功能。初始化的函数都在init_fnc_t *init_sequence[]里。

init_fnc_t *init_sequence[] = {
board_early_init_f, /* 一些必要，需在之前做的初始化，如想使用需定义CONFIG_BOARD_EARLY_INIT_F */
timer_init, /* 初始化时钟计数，cp0的 */
env_init, /* 环境变量保存在flash中 */
#ifdef CONFIG_INCA_IP
incaip_set_cpuclk, /* 根据cpuclk环境变量设定CPU主频 */
#endif
init_baudrate, /* 根据baudrate环境变量设定gd->baudrate */
serial_init , /* 设定串口速率，需要我们自己写（包括其它serial的） */
console_init_f, /* 设置gd->have_console=1，有CONFIG_SILENT_CONSOLE则查看silent */
display_banner, /* 打印uboot信息 */
checkboard , /* 检测板子，可以在这打印设备信息，需要我们自己写 */
init_func_ram, /* 设置gd->ram_size，initdram需要我们自己写 */
NULL, /* 最后这个空必须留着，检查结束 */
};

 

最后这个函数调用了relocate_code (addr_sp, id, addr)。注意，这个函数，准确的说不是函数（因为不能返回），是不返回的。

现在我们又回到start.S中了。我们可以看到，这里和C语言传递参数是用a0,a1,a2。relocate_code的工作就是将代码搬移到RAM中执行。这里做的工作是：
1. 移动gp指针
2. 复制代码到RAM中
3. 刷新一下cache
4. 跳到RAM代码当中去（in_ram）

in_ram的主要工作是：更新GOT;清空BSS段；最后跳到board_init_r。我们可以看到board_init_r最后一个参数是在分支延迟槽中赋值的。
这其实这里主要说一下GOTs(global offset tables)这个东东，这是uboot能跳转到不同空间运行的原理。uboot编译时用到了PIC（position-independent code）（也可以说成position-independent executable (PIE)）。这个其实是很早之前，在没有MMU的年代引进来的东西。为了在没有MMU时，不同进程也能同时运行，就需要他们的运行地址可以改变。 GOTs用来保存所有的全局变量地址，所以我们只要改变GOTs的值就可以了。gp就是指向GOTs位置的指针。这个功能需要在gcc编译时指定 -fpic。然后就像我们看到的，我们只要改变GOTs里的值，加上地址偏移就可以了。

下面再看一下board_init_r。这里的工作：
1. 复制cmd段的信息过来。这里只复制了cmd，name，usage，usage。帮助信息的字符串还在flash中。
2. 然后是初始化malloc功能。注意这里env有malloc的方式分配到了空间，并复制到RAM。
3. 再就是stdio，串口，入口函数，以及全局变最根据env的初始化了。
4. 再接着就是网络的初始化。eth_initialize(gd->bd)。对于mips，如果设了CONFIG_NET_MULTI。我们需要自己写board_eth_init和cpu_eth_init 两个函数。 只有前者返回值小于0时，我们才需要执行后者。
5. 最后进入main_loop()。

以太网驱动移植
对于mips，如果设了CONFIG_NET_MULTI。会用到board_eth_init()和cpu_eth_init()两个函数。只有前者返回值小于0时，才会执行后者。这里要初始化结构体eth_device，然后使用eth_register()注册网络设备。主要要设定 init，halt，send，recv四个函数，及其它一些变量。如支持mii读写命令还需使用miiphy_register()注册mii读写的两个函数。
当注册完成后，U-Boot不会自动调用init，而是只有当用到网络设备时，才后调用。每次使用网络接口时，是先调用halt之后，才调用init。

当我们使用命令make (型号)_config时，会产生以下效果。
(1) 将include/asm软链接到include/asm-(ARCH)。
(2) 修改include/config.h文件，增加#include <configs/(型号).h>和#include <asm/config.h>。
(3) 在include/config.mk设置变量ARCH，CPU，BOARD，VENDOR。
编译时，Makefile会包含进几个目录的config.mk文件。board/xxx/(xxx/)config.mk在前面已经介绍过了。在 lib_xxx/config.mk中会指定交叉编译器，及增加平台相关的编译参数。在cpu/xxx/config.mk会指定体系结构的相关参数，如大小端。