uboot 的启动过程及工作原理

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 Boot Loader 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 Boot Loader 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。Boot Loader 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 Boot Loader 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。

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。

阶段 1 介绍

u­boot 的 stage1 代码通常放在 start.s 文件中，它用汇编语言写成，其主要代码部分如下：

定义入口

由于一个可执行的 Image 必须有一个入口点，并且只能有一个全局入口，通常这个入口放在 ROM(Flash)的 0x0

地址，因此，必须通知编译器以使其知道这个入口，该工作可通过修改连接器脚本来完成。

1. board/crane2410/u­boot.lds:  ENTRY(_start)   ==> cpu/arm920t/start.S: .globl _start
2. uboot 代码区（TEXT_BASE = 0x33F80000）定义在 board/crane2410/config.mk

设置异常向量

_start: b	reset	@ 0x00000000
ldr	pc, _undefined_instruction	@ 0x00000004
ldr	pc, _software_interrupt	@ 0x00000008
ldr	pc, _prefetch_abort	@ 0x0000000c
ldr	pc, _data_abort	@ 0x00000010
ldr	pc, _not_used	@ 0x00000014
ldr	pc, _irq	@ 0x00000018
ldr	pc, _fiq	@ 0x0000001c

当发生异常时，执行 cpu/arm920t/interrupts.c
中定义的中断处理函数。

设置 CPU 的模式为 SVC 模式

mrs     r0,cpsr

bic     r0,r0,#0x1f

orr     r0,r0,#0xd3

msr     cpsr,r0

关闭看门狗

#if defined(CONFIG_S3C2400) || defined(CONFIG_S3C2410)
ldr  r0, =pWTCON

mov     r1, #0x0    @ 根据三星手册进行调置。
str  r1, [r0]

禁掉所有中断

mov     r1, #0xffffffff

ldr     r0, =INTMSK

str     r1, [r0]

#
if defined(CONFIG_S3C2410)
ldr   r1, =0x3ff

ldr     r0, =INTSUBMSK

str     r1, [r0]

设置以 CPU 的频率

默认频率为 FCLK:HCLK:PCLK = 1:2:4，默认 FCLK
的值为 120 MHz，该值为
S3C2410 手册的推荐值。 ldr  r0, =CLKDIVN

mov     r1, #3

str     r1, [r0]

设置 CP15

设置 CP15, 失效指令(I)Cache 和数据(D)Cache 后, 禁止 MMU 与 Cache。

cpu_init_crit:

mov     r0, #0

mcr     p15, 0,
r0, c7, c7, 0  /* 失效 I/D cache, 见 S3C2410 手册附录的
2-16 */ mcr  p15, 0, r0, c8, c7, 0   /* 失效 TLB,
见 S3C2410 手册附录的
2-18 */

/*

*
禁止 MMU 和 caches, 详见 S3C2410
手册附录 2-11

*/

mrc     p15, 0,
r0, c1, c0, 0

bic     r0, r0, #0x00002300    /*
清除 bits 13, 9:8 (--V- --RS)

* 
Bit 8: Disable System Protection

* 
Bit 7: Disable ROM Protection

*
Bit 13: 异常向量表基地址: 0x0000 0000

*/

bic     r0, r0, #0x00000087   /*
清除 bits 7, 2:0 (B--- -CAM)

*  Bit
0: MMU disabled

* 
Bit 1: Alignment Fault checking disabled

*  Bit
2: Data cache disabled

* 
Bit 7: 0 = Little-endian operation

*/

orr     r0, r0, #0x00000002    /* set bit 2 (A) Align, 1 = Fault checking
enabled */ orr r0, r0, #0x00001000                   /* set bit 12 (I) I-Cache,
1 = Instruction cache
enabled

*/

mcr     p15, 0,
r0, c1, c0, 0

配置内存区控制寄存器

配置内存区控制寄存器，寄存器的具体值通常由开发板厂商或硬件工程师提供. 如果您对樊伟胜总线周期及外围 芯片非常熟悉, 也可以自己确定, 在 U­BOOT 中的设置文件是 board/crane2410/lowlevel_init.S, 该文件包含 lowleve_init 程序段. 详细寄存器设置及值的解释见 3.2.2 启动 AXD 配置开发板一节中的第 5 点.

mov     ip,
lr

bl      lowlevel_init

mov     lr, ip

安装 U-BOOT 使的栈空间

下面这段代码只对不是从 Nand Flash 启动的代码段有意义，对从 Nand Flash 启动的代码，没有意义。因为

从
Nand Flash 中把 UBOOT 执行代码搬移到 RAM,由 2.1.9 中代码完成.

#ifndef CONFIG_SKIP_RELOCATE_UBOOT

...

#endif stack_setup:

ldr    r0, _TEXT_BASE             /* 代码段的起始地址    */
sub   r0, r0, #CFG_MALLOC_LEN                   /* 分配的动态内存区    */

sub    r0, r0, #CFG_GBL_DATA_SIZE /* UBOOT 开发板全局数据存放 */

#ifdef
CONFIG_USE_IRQ

/*
分配 IRQ 和 FIQ 栈空间 */

sub    r0, r0, #(CONFIG_STACKSIZE_IRQ+CONFIG_STACKSIZE_FIQ)

#endif

sub    sp,
r0, #12                /* 留下 3 个字为
Abort     */

BSS 段清 0

clear_bss:

ldr    r0, _bss_start      /*
BSS
段的起始地址   */ ldr   r1, _bss_end                   /* BSS 段的结束地址   */

mov    r2, #0x00000000            /* BSS 段置 0                   */

clbss_l:str  r2, [r0]            /*
循环清除 BSS 段 */
add   r0, r0, #4

cmp    r0, r1

ble    clbss_l

搬移
Nand Flash
代码

从
Nand Flash 中, 把数据拷贝到 RAM, 是由 copy_myself 程序段完成, 该程序段详细解释见:第七部分的 3.1 节.

#ifdef CONFIG_S3C2410_NAND_BOOT

bl    copy_myself

@ jump to ram

ldr   r1, =on_the_ram
add  pc, r1, #0

nop nop

1:    b     1b         @
infinite loop

on_the_ram:

#endif

进入 C 代码部分

ldr    
pc, _start_armboot

_start_armboot: .word start_armboot