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)