U-Boot启动过程

开发板上电后，执行U-Boot的第一条指令，然后顺序执行U-Boot启动函数。看一下board/smdk2410/u-boot.lds这个链接脚本，可以知道目标程序的各部分链接顺序。第一个要链接的是cpu/arm920t/start.o，那么U-Boot的入口指令一定位于这个程序中。下面分两阶段介绍启动流程：

                  

第一阶段

．cpu/arm920t/start.S

这个汇编程序是U-Boot的入口程序，开头就是复位向量的代码。

_start: b       reset        //复位向量

       ldr   pc, _undefined_instruction

       ldr   pc, _software_interrupt

       ldr   pc, _prefetch_abort

       ldr   pc, _data_abort

       ldr   pc, _not_used

       ldr   pc, _irq      //中断向量

       ldr   pc, _fiq      //中断向量

…

 /* the actual reset code  */

reset:          //复位启动子程序

       /*
设置CPU为SVC32模式 */

       mrs   r0,cpsr

       bic   r0,r0,#0x1f

       orr   r0,r0,#0xd3

       msr   cpsr,r0

 

/* 关闭看门狗 */

……      ……

relocate:                 
/* 把U-Boot重新定位到RAM */

adr   r0, _start          /* r0是代码的当前位置 */

ldr   r1, _TEXT_BASE      /*_TEXT_BASE是RAM中的地址 */

cmp     r0, r1          /*
比较r0和r1，判断当前是从Flash启动，还是RAM
*/

beq     stack_setup  /*
如果r0等于r1，跳过重定位代码 */

 

/* 准备重新定位代码 */

ldr   r2, _armboot_start

ldr   r3, _bss_start

sub   r2, r3, r2       /* r2
得到armboot的大小  
*/

add   r2, r0, r2      /* r2
得到要复制代码的末尾地址 */

copy_loop: /* 重新定位代码 */

ldmia r0!, {r3-r10}   /*从源地址[r0]复制 */

stmia r1!, {r3-r10}   /*
复制到目的地址[r1] */

cmp   r0, r2    /*
复制数据块直到源数据末尾地址[r2] */

ble   copy_loop

 

/* 初始化堆栈等   
*/

stack_setup:

ldr   r0, _TEXT_BASE  /*
上面是128 KiB重定位的u-boot */

sub   r0, r0, #CFG_MALLOC_LEN  /*
向下是内存分配空间 */

sub   r0, r0, #CFG_GBL_DATA_SIZE /*
然后是bdinfo结构体地址空间 
*/

#ifdef CONFIG_USE_IRQ

sub r0, r0, #(CONFIG_STACKSIZE_IRQ+CONFIG_STACKSIZE_FIQ)

#endif

sub   sp, r0, #12     /*
个字 */

clear_bss:

ldr   r0, _bss_start      /*
找到bss段起始地址 */

ldr   r1, _bss_end        /*  bss段末尾地址  
*/

mov   r2, #0x00000000     /*
清零 */

clbss_l:str r2, [r0]  

/* bss段地址空间清零循环... 
*/

       add   r0, r0, #4

       cmp   r0, r1

bne   clbss_l

 

/* 跳转到start_armboot函数入口，_start_armboot字保存函数入口指针
*/

ldr   pc, _start_armboot

_start_armboot: .word start_armboot    
//start_armboot函数在lib_arm/board.c中实现

 

第二阶段

．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。

 

．init_sequence[]

init_sequence[]数组保存着基本的初始化函数指针。

 

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,  /*
初始化中断处理 -- cpu/arm920t/s3c24x0/interrupt.c */

env_init,      /*
初始化环境变量 -- common/cmd_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,

};

void start_armboot (void)

{

/* 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 ();

       display_flash_config (size);

       /* _armboot_start
在u-boot.lds链接脚本中定义 */

       mem_malloc_init (_armboot_start - CFG_MALLOC_LEN);

 

/* 配置环境变量*/

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 ();      /*
获取列表中的设备 */

       jumptable_init ();

       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 */

}

 

命令实现

U-Boot作为Bootloader，具备多种引导内核启动的方式。常用的go和bootm命令可以直接引导内核映像启动。U-Boot与内核的关系主要是内核启动过程中参数的传递。

 

．go命令的实现

/* common/cmd_boot.c  */

int do_go (cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char *argv[])

{

       ulong addr, rc;

       int     rcode = 0;

       if (argc < 2) {

              printf ("Usage:\n%s\n", cmdtp->usage);

              return 1;

       }

       addr = simple_strtoul(argv[1], NULL, 16);

       printf ("## Starting application at 0x%08lX ...\n", addr);

       rc = ((ulong (*)(int, char []))addr) (--argc, &argv[1]);   
/* 运行程序 */

    

if (rc != 0) rcode = 1;

       printf ("## Application terminated, rc = 0x%lX\n", rc); 
/*如果是运行linux，这条指令是否能运行？*/

       return rcode;

}

 

go命令调用do_go()函数，跳转到某个地址执行的。如果在这个地址准备好了自引导的内核映像，就可以启动了。尽管go命令可以带变参，实际使用时不用来传递参数。

 

．bootm命令的实现

/* common/cmd_bootm.c */

int do_bootm (cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char *argv[])

{

……        ……

/* 检查头部 */

if (crc32 (0, (uchar *)data, len) != checksum) {

       puts ("Bad Header Checksum\n");

       SHOW_BOOT_PROGRESS (-2);

       return 1;

  }

……          ……

/*解压缩*/

  switch (hdr->ih_comp) {

  case
IH_COMP_NONE:

       if(ntohl(hdr->ih_load) == addr) {

            printf ("   XIP %s ... ", name);

       } else {

#if defined(CONFIG_HW_WATCHDOG) || defined(CONFIG_WATCHDOG)

            size_t l = len;

            void *to = (void *)ntohl(hdr->ih_load);

            void *from = (void *)data;

 

            printf ("   Loading %s ... ", name);

 

            while (l > 0) {

                size_t tail = (l > CHUNKSZ) ? CHUNKSZ : l;

                WATCHDOG_RESET();

                memmove (to, from, tail);

                to += tail;

                from += tail;

                l -= tail;

            }

#else   /* !(CONFIG_HW_WATCHDOG || CONFIG_WATCHDOG) */

            memmove ((void *) ntohl(hdr->ih_load), (uchar *)data, len);

#endif  /* CONFIG_HW_WATCHDOG || CONFIG_WATCHDOG */

       }

       break;

  case
IH_COMP_GZIP:

       printf ("   Uncompressing %s ... ", name);

       if (gunzip ((void *)ntohl(hdr->ih_load), unc_len,

                (uchar *)data, &len) != 0) {

            puts ("GUNZIP ERROR - must RESET board to recover\n");

            SHOW_BOOT_PROGRESS (-6);

            do_reset (cmdtp, flag, argc, argv);

       }

       break;

#ifdef CONFIG_BZIP2

  case IH_COMP_BZIP2:

       printf ("   Uncompressing %s ... ", name);

       /*

        * If we've got less than 4 MB of malloc() space,

        * use slower decompression algorithm which requires

        * at most 2300 KB of memory.

        */

       i = BZ2_bzBuffToBuffDecompress ((char*)ntohl(hdr->ih_load),

                         
&unc_len, (char *)data, len,

                         
CFG_MALLOC_LEN < (4096 * 1024), 0);

       if (i != BZ_OK) {

            printf ("BUNZIP2 ERROR %d - must RESET board to recover\n", i);

            SHOW_BOOT_PROGRESS (-6);

            udelay(100000);

            do_reset (cmdtp, flag, argc, argv);

       }

       break;

#endif /* CONFIG_BZIP2 */

  default:

       if (iflag)

            enable_interrupts();

       printf ("Unimplemented compression type %d\n", hdr->ih_comp);

       SHOW_BOOT_PROGRESS (-7);

       return 1;

  }

}

……           ……             ……

 

switch (hdr->ih_os) {

     default:           /* handled by (original) Linux case */

     case
IH_OS_LINUX:

         do_bootm_linux  (cmdtp, flag, argc, argv,

                   addr, len_ptr, verify);

         break;

     case
IH_OS_NETBSD:

         do_bootm_netbsd (cmdtp, flag, argc, argv,

                   addr, len_ptr, verify);

         break;

     case
IH_OS_RTEMS:

         do_bootm_rtems (cmdtp, flag, argc, argv,

                   addr, len_ptr, verify);

         break;

     case
IH_OS_VXWORKS:

         do_bootm_vxworks (cmdtp, flag, argc, argv,

                    addr, len_ptr, verify);

         break;

     case
IH_OS_QNX:

         do_bootm_qnxelf (cmdtp, flag, argc, argv,

                    addr, len_ptr, verify);

         break;

     }

bootm命令调用do_bootm函数。这个函数专门用来引导各种操作系统映像，可以支持引导Linux、vxWorks、QNX等操作系统。引导Linux的时候，调用do_bootm_linux()函数。

 

．do_bootm_linux函数的实现

/* lib_arm/armlinux.c */

void do_bootm_linux (cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char *argv[],

                   ulong addr, ulong *len_ptr, int verify)

{

theKernel = (void (*)(int, int, uint))ntohl(hdr->ih_ep);

… …                 … …

      /* we assume that the kernel is in place */

      printf ("\nStarting kernel ...\n\n");

… …                 … …

      theKernel (0, bd->bi_arch_number, bd->bi_boot_params); 
/*启动内核，传递启动参数*/

}

 

do_bootm_linux()函数是专门引导Linux映像的函数，它还可以处理ramdisk文件系统的映像。这里引导的内核映像和ramdisk映像，必须是U-Boot格式的。U-Boot格式的映像可以通过mkimage工具来转换，其中包含了U-Boot可以识别的符号。