uboot移植总结

1. uboot 的介绍及体系结构

 

1.1 uboot的介绍

 

Uboot是德国DENX小组的开发用于多种嵌入式CPU的bootloader程序, UBoot不仅仅支持嵌入式Linux系统的引导，当前，它还支持NetBSD, VxWorks, QNX, RTEMS, ARTOS, LynxOS嵌入式操作系统。UBoot除了支持PowerPC系列的处理器外，还能支持MIPS、 x86、ARM、NIOS、XScale等诸多常用系列的处理器。

 

1.2 uboot的体系结构

 

目录树

 

|--board

|--common

|--cpu

|--disk

|--doc

|--drivers

|--dtt

|--examples

|--fs

|--include

|--lib_arm

|--lib_generic

|--net

|--post

|--rtc

|--tools

 

 

 

2. board：和一些已有开发板有关的文件. 每一个开发板都以一个子目录出现在当前目录中，比如说: leopard2a子目录中存放与我们开发板相关的配置文件.

3. common：实现uboot命令行下支持的命令，每一条命令都对应一个文件。例如bootm命令对应就是cmd_bootm.c。

4. cpu：与特定CPU架构相关目录，每一款Uboot下支持的CPU在该目录下对应一个子目录，比如有子目录arm926ejs就是我们开发板上使用的cpu架构目录。

5. disk：对磁盘的支持。

5. doc：文档目录。Uboot有非常完善的文档，推荐大家参考阅读。

6. drivers：Uboot支持的设备驱动程序都放在该目录，比如各种网卡、支持CFI的Flash、串口和USB等。

7. fs: 支持的文件系统，Uboot现在支持cramfs、fat、fdos、jffs2和registerfs。

8. include：Uboot使用的头文件，还有对各种硬件平台支持的汇编文件，系统的配置文件和对文件系统支持的文件。该目录耤onfigs目录有与开发 板相关的配置头文件，如leopard2a.h。该目录下的asm目录有与CPU体系结构相关的头文件，asm对应的是asmarm.

9. lib_xxxx: 与体系结构相关的库文件。如与ARM相关的库放在lib_arm中。

10. net：与网络协议栈相关的代码，BOOTP协议、TFTP协议、RARP协议和NFS文件系统的实现。

11. tools：生成Uboot

的工具，如：mkimage, crc等等。

2. uboot的运行过程分析

2.1 启动模式介绍

大多数 Boot Loader 都包含两种不同的操作模式："启动加载"模式和"下载"模式，这种区别仅对于开发人员才有意义。但从最终用户的角度看，Boot Loader 的作用就是用来加载操作系统，而并不存在所谓的启动加载模式与下载工作模式的区别。

启动加载（Boot loading）模式：这种模式也称为"自主"（Autonomous）模式。也即 Boot Loader 从目标机上的某个固态存储设备上将操作系统加载到 RAM 中运行，整个过程并没有用户的介入。这种模式是 BootLoader 的正常工作模式，因此在嵌入式产品发布的时侯，Boot Loader 显然必须工作在这种模式下。

下载（Downloading）模式：在这种模式下，目标机上的 Boot Loader 将通过串口连接或网络连接等通信手段从主机（Host）下载文件，比如：下载内核映像和根文件系统映像等。从主机下载的文件通常首先被 BootLoader 保存到目标机的 RAM 中，然后再被 BootLoader 写到目标机上的FLASH 类固态存储设备中。BootLoader 的这种模式通常在第一次安装内核与根文件系统时被使用；此外，以后的系统更新也会使用 BootLoader 的这种工作模式。工作于这种模式下的 Boot Loader 通常都会向它的终端用户提供一个简单的命令行接口。

UBoot这样功能强大的 Boot Loader 同时支持这两种工作模式，而且允许用户在这两种工作模式之间进行切换。

 

2.2 运行过程

       大多数bootloader都分为阶段1(stage1)和阶段2(stage2)两大部分，uboot也不例外。依赖于CPU体系结构的代码（如CPU 初始化代码等）通常都放在阶段1中且通常用汇编语言实现，而阶段2则通常用C语言来实现，这样可以实现复杂的功能，而且有更好的可读性和移植性。

 

U - Boot 编译后的代码定义一般不超过100kB ,并且这100 kB 又分成两个阶段来执行. 第一阶段的代码在start . s 中定义,大小不超过10 kB ,它包括从系统上电后在0x00000000 地址开始执行的部分. 这部分代码运行在Flash 中,它包括对arm926ejs的一些寄存器的初始化和将U - Boot 的第二阶段代码从Flash 拷贝到SDRAM 中. 除去第一阶段的代码,剩下的部分都是第二阶段的代码. 第二阶段的起始地址是在第一阶段代码中指定的,被复制到SDRAM后,就从第一阶段跳到这个入口地址开始执行剩余部分代码. 第二阶段主要是进行一些BSS 段设置,堆栈的初始化等工作,最后会跳转到main -loop 函数中,接受命令并进行命令处理. 图1 给出了U - Boot 的详细的运行过程包括对内核的设置、装载及调用过程.

 

系统复位进入u-boot stage l的入口点

硬件设备的初始化

为加载uboot stage 2准备ram空间

设置好堆栈

跳转到stage 2的C入口点

初始化本阶段要用到的设备

检查内存映射

将kernel映像和文件映像从flash中读到ram中

为内核设定启动参数

调用内核

 

2.3 本开发板的地址分布（leopard2a）

可以根据变换后的分区结构，设置

uboot_addr,uboot_addr_end,kernel_addr,kernel_addr_end,rootfs_addr,rootfs_addr_end,

config_addr, config_addr_end等环境变量，调整bootloader。

 

SDRAM的调整修改linux-2.4.20_mvl31/drivers/mtd/maps/physmap.c

 

2.4 运行代码分析

2.4.1 stage 1

 

uboot的stage1代码通常放在start.s文件中，它用汇编语言写成，其主要代码包括定义入口，设置异常向量，设置cpu的模式和频率，配置内存区控制寄存器，安装uboot的栈空间，关闭看门狗等。由于本人对ram的汇编不太熟悉，所以这一部分不作具体分析。

 

2.4.2 stage 2

lib_arm/board.c中的start armboot是C语言开始的函数，也是整个启动代码中C语言的主函数，同时还是整个uboot(armboot）的主函数，该函数主要完成如下操作：

 

2.4.2.1 调用一系列初始化函数

 

1. 指定初始函数表：

init_fnc_t *init_sequence[] = {

cpu_init, /* cpu的基本设置 */

board_init, /* 开发板的基本初始化 */

interrupt_init, /* 初始化中断 */

env_init, /* 初始化环境变量 */

init_baudrate, /* 初始化波特率 */

serial_init, /* 串口通讯初始化 */

console_init_f, /* 控制台初始化第一阶段 */

display_banner, /* 通知代码已经运行到该处 */

dram_init, /* 配制可用的内存区 */

display_dram_config,

#if defined(CONFIG_VCMA9) || defined (CONFIG_CMC_PU2)

checkboard,

#endif

NULL,

};

执行初始化函数的代码如下：

    for (init_fnc_ptr = init_sequence; *init_fnc_ptr; ++init_fnc_ptr) {

        if ((*init_fnc_ptr)() != 0) {

            hang ();

        }

    }

2. 配置可用的Flash区

flash_init ()

3. 初始化内存分配函数

mem_malloc_init()

4. nand flash初始化

#if (CONFIG_COMMANDS & CFG_CMD_NAND)

    puts ("NAND:");

    nand_init();        /* go init the NAND */

#endif

5. 初始化环境变量

env_relocate ();

6. 外围设备初始化

devices_init()

7. I2C总线初始化

i2c_init();

8. LCD初始化

drv_lcd_init();

9. VIDEO初始化

drv_video_init();

10. 键盘初始化

drv_keyboard_init();

11. 系统初始化

drv_system_init();

 

2.4.2.2初始化网络设备

初始化相关网络设备，填写IP、MAC地址等。

1. 设置IP地址

    gd->bd->bi_ip_addr = getenv_IPaddr ("ipaddr");

 

2. 设置mac地址  

{

        int i;

        ulong reg;

        char *s, *e;

        uchar tmp[64];

 

        i = getenv_r ((uchar*)("ethaddr"), tmp, sizeof (tmp));

        s = (i > 0) ? (char*)tmp : NULL;

 

        for (reg = 0; reg < 6; ++reg) {

            gd->bd->bi_enetaddr[reg] = s ? simple_strtoul (s, &e, 16) : 0;

            if (s)

                s = (*e) ? e + 1 : e;

        }

    }

2.4.2.3进入主UBOOT 命令行

进入命令循环（即整个boot的工作循环），接受用户从串口输入的命令，然后进行相应的工作。

for (;;) {

        main_loop ();

    }}

3. uboot的移植和测试

3.1 移植的过程

① 在宿主机上建立交叉编译开发环境

 

② 修改cpu／arm926ejst目录中的文件内容，

主要包含cpu．C，start．S，interrupts．C以及seria1．C，speed．C等文件

 

③ 在board目录下创建自己的目标板(开发板)目录leopard2a

在目录下创建leopard2a．C，flash．C，memsetup．S

以及Makefile，u-bot．1ds，config．mk文件

 

④在include／configs目录下创建leopard2a．h

 

⑤ 打开u-bot目录下Makefile文件，加入如下两行：

leopard2a_config :      unconfig

@./mkconfig $(@:_config=) arm arm926ejs leopard2a

 

⑨ 编译。运行命令：

1. make leopard2a_config

2. make

编译成功．生成基本的u—b00t．

 

⑦ 烧写．把编译成的u-bot．bin

至此移植u-bot过程结束．

 

3.2 移植主要修改的文件

移植u—boot到开发板上只需要修改和硬件相关的代码即可。这首先就联想到cpu目录下的启动代码，另外参考u—boot／readme文件可知其他还需要修改的主要文件有：

Makefile文件，和include目录下的目标板．h头文件(leopard2a．h)，board目录下的目标板．C文件(leopard2a．c)，flash．C文件，u-boot．1ds链接文件，以及cpu目录下的串口驱动文件。

 

具体修改如下：

①      cpu／arm926ejst目录下

 

◆ start．S启动代码。

 

②    board/leopard2a

  ◆  leopard2a．C文件。这个文件主要是SDRAM 的驱动程

序，主要完成SDRAM 的UPM 表设置，上电初始化。暂时不

改。

◆  flash．C文件。Flash的驱动程序就在此文件中。

 

◆      memsetup．S文件。

◆  config．mk文件．此文件用于设置程序链接的起始地

址．

◆u-boot．Ids文件。

 

③ include／configs目录下leopard2a．h文件．此文件是

leopard2a目标板头文件，大多数寄存器参数是在这一文件中

设置完成的．

 

3.3 uboot网络下载功能的添加和RAM调试

在commom/main.c 中的main_loop函数中添加tftp下载的函数，可以通过按钮触发下载rimage，kimage。

 

在烧录u-boot.bin之前，需要进行ram调试，保证uboot可以在EVB上正常运行。

先下載U-boot 到SDRAM上, 然後執行SDRAM 上的U-boot 程序, 以確認U-boot可以正常執行,

Command 如下:

1.       “tftp a00000 u-boot.bin” <= 下載程序到SDRAM

2.       “go a00000” <= 從SDRAM 執行程序

 

 

如果U-boot 可以相容於目前的硬件, 5VT EVB 會重新正常啟動

要是不能正常啟動,表示U-boot 不相容於目前的硬件, 請更換新的u-boot.

再重新測試, 直到被測試的U-boot可以正常啟動。

① 获得发布的最新版本U-Boot源码，与Linux内核源码类似，也是 bzip2的压缩格式。可从U-Boot的官方网站http://sourceforge.net/projects/U-Boot上获得；
② 阅读相关文档，主要是U-Boot源码根目录下的README文档和U-Boot官方网站的DULG（The DENX U-Boot and Linux Guide）文档http://www.denx.de/twiki/bin/view/DULG/Manual。尤其是DULG文档，从如何安装建立交叉开发环境和解决U-Boot移植中常见问题都一一给出详尽的说明；
③ 订阅U-Boot用户邮件列表http://lists.sourceforge.net/lists/listinfo/u-boot-users。在移植U-Boot过程中遇有问题，在参考相关文档和搜索U-Boot-User邮件档案库http://sourceforge.net/mailarchive/forum.php?forum_id=12898仍不能解决的情况下，第一时间提交所遇到的这些问题，众多热心的U-Boot开发人员会乐于迅速排查问题，而且很有可能，W.D本人会直接参与指导；
④ 在建立的开发环境下进行移植工作。绝大多数的开发环境是交叉开发环境。在这方面，DENX 和MontaVista均提供了完整的开发工具集；