u-boot 源码分析(1) 启动过程分析

u-boot 源码分析(1) 启动过程分析

文章目录

• u-boot 源码分析(1) 启动过程分析
• 前言
• 配置
• 源码结构
• api
• arch
• board
• common
• cmd
• drivers
• fs
• Kbuild
• 启动过程
• 第一阶段
• start.S
• crt0_64.S
• 第二阶段
• board_f.c
• board_r.c
• 总结
• 参考

前言

对于uboot，我一直是云里雾里的一个状态，这部分让我感到自己很菜，不用纵向深入地掌握uboot整个细节，但是相对它有一个整体流程上的把握，包括uboot的启动启动过程，在整个启动过程中会涉及到哪些文件，以此的调用过程是什么？抱着这几个问题，大量搜集资料，包括阅读了uboot源码，在一知半解的基础上，有了进一步的认识。本文写的并不深入，因为能力有限，从最快速的方式对Uboot启动有一个整体的了解。

配置

uboot：201709

paltform：rockchip

arch：arm64

download：ftp://ftp.denx.de/pub/u-boot/

源码结构

api

硬件无关的功能函数的API。uboot移植时基本不用管，这些函数是uboot本身使用的。

arch

CPU架构的目录。里面放着很多子目录，都是各种cpu架构。

board

板级相关配置文件，针对不同平台的功能下具体的实现。

common

文件夹下放的是一些与具体硬件无关的普遍适用的一些代码。譬如控制台实现、crc校验的。但是更多的主要是两类：一类是cmd开头的，是用来实现uboot的命令系统的；另一类是env开头的，是用来实现环境变量的。

cmd

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

drivers

板级的驱动。这里面放的就是从linux源代码中移植过来的linux设备驱动，主要是开发板上必须用到的一些驱动，如网卡驱动、Inand/SD卡、NandFlash等的驱动。要知道：uboot中的驱动其实就是linux中的驱动，uboot在一定程度上移植了linux的驱动给自己用。但是linux是操作系统而uboot只是个裸机程序，因此这种移植会有不同，让我说：uboot中的驱动其实是linux中的驱动的一部分。同样的uboot中的驱动也支持设备树。

fs

文件系统相关的代码，这个也是从linux源代码中移植过来的，用来管理Flash等资源。

Kbuild

可以通过make menuconfig进行uboot的基本配置。

启动过程

uboot启动主要分为两个阶段。

第一阶段主要由start.s运行并实现相应的初始化，定义程序入口地址，初始化CPU，初始化内存，最后调用_main到第二阶段的板级别初始化部分。

第二阶段主要是C语言编写，对于硬件内存分配，初始化硬件设备，串口初始化，显示设备初始化，运行环境初始化等等，最后启动内核。

第一阶段

这里主要会涉及到两个汇编文件，完成最底层的初始化。

start.S

路径：arch/yourplatform/cpu/start.S

yourplatform按照实际使用的平台进行选择，如arm,x86,mips

这是一个汇编文件，如果分析的是arm的平台，需要对arm的指令集有简单的了解。

crt0_64.S

路径：arch/arm/lib/crt0_64.S

crt0是C Runtime Startup的简称，这部分程序主要完成C语言环境的初始化，最终会运行_main函数，由于水平有限，这里暂不对细节进行分析。

第二阶段

由于需要适配不同的硬件平台，提高可移植性和代码的复用，这部分使用基本使用C语言，在common下，board_f.c和board_r.c这两个文件基本包括了通用实现。初始化主要包括两个部分，前置的初始化在board_f.c中实现，后置的初始化在board_r.c中实现。

board_f.c

主要分析一下board_init_f函数，具体的代码

void board_init_f(ulong boot_flags)
{
    ...
	if(initcall_run_list(init_sequence_f))
        hang();
    ...
}

init_sequence_f数组中保存了需要初始化的函数指针，所以板级初始化。

board_r.c

这里和board_f.c类似，主要有board_init_r这个函数，完成板级的后置初始化，代码如下：

void board_init_r(gd_t *new_gd, ulong dest_addr)
{
#ifdef CONFIG_NEEDS_MANUAL_RELOC
        int i;
#endif

#if !defined(CONFIG_X86) && !defined(CONFIG_ARM) && !defined(CONFIG_ARM64)
        gd = new_gd;
#endif

#ifdef CONFIG_NEEDS_MANUAL_RELOC
        for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(init_sequence_r); i++)
                init_sequence_r[i] += gd->reloc_off;
#endif

        if (initcall_run_list(init_sequence_r))
                hang();

        /* NOTREACHED - run_main_loop() does not return */
        hang();
}

函数中通过initcall_run_list运行initcall_run_list列表中的函数，可以看一下init_sequence_r包括了各种板级的初始化，最终运行run_main_loop。

init_fnc_t init_sequence_r[] = {
	initr_trace,
	initr_reloc,
	/* TODO: could x86/PPC have this also perhaps? */
#ifdef CONFIG_ARM
	initr_caches,
#endif
	initr_reloc_global_data,
#if defined(CONFIG_SYS_INIT_RAM_LOCK) && defined(CONFIG_E500)
	initr_unlock_ram_in_cache,
#endif
	initr_barrier,
	initr_malloc,
	bootstage_relocate,
#ifdef CONFIG_DM
	initr_dm,
#endif
#ifdef CONFIG_ARM
	board_init,	/* Setup chipselects */
#endif
	/*
	 * TODO: printing of the clock inforamtion of the board is now
	 * implemented as part of bdinfo command. Currently only support for
	 * davinci SOC's is added. Remove this check once all the board
	 * implement this.
	 */
#ifdef CONFIG_CLOCKS
	set_cpu_clk_info, /* Setup clock information */
#endif
	stdio_init_tables,
	initr_serial,
	initr_announce,
	INIT_FUNC_WATCHDOG_RESET
#ifdef CONFIG_PPC
	initr_trap,
#endif
#ifdef CONFIG_ADDR_MAP
	initr_addr_map,
#endif
#if defined(CONFIG_BOARD_EARLY_INIT_R)
	board_early_init_r,
#endif
	INIT_FUNC_WATCHDOG_RESET
#ifdef CONFIG_LOGBUFFER
	initr_logbuffer,
#endif
#ifdef CONFIG_POST
	initr_post_backlog,
#endif
	INIT_FUNC_WATCHDOG_RESET
#ifdef CONFIG_SYS_DELAYED_ICACHE
	initr_icache_enable,
#endif
#if defined(CONFIG_PCI) && defined(CONFIG_SYS_EARLY_PCI_INIT)
	/*
	 * Do early PCI configuration _before_ the flash gets initialised,
	 * because PCU ressources are crucial for flash access on some boards.
	 */
	initr_pci,
#endif
#ifdef CONFIG_WINBOND_83C553
	initr_w83c553f,
#endif
#ifdef CONFIG_ARCH_EARLY_INIT_R
	arch_early_init_r,
#endif
	power_init_board,
#ifndef CONFIG_SYS_NO_FLASH
	initr_flash,
#endif
	INIT_FUNC_WATCHDOG_RESET
#if defined(CONFIG_PPC) || defined(CONFIG_X86)
	/* initialize higher level parts of CPU like time base and timers */
	cpu_init_r,
#endif
#ifdef CONFIG_PPC
	initr_spi,
#endif
#if defined(CONFIG_X86) && defined(CONFIG_SPI)
	init_func_spi,
#endif
#ifdef CONFIG_CMD_NAND
	initr_nand,
#endif
#ifdef CONFIG_CMD_ONENAND
	initr_onenand,
#endif
#ifdef CONFIG_GENERIC_MMC
	initr_mmc,
#endif
#ifdef CONFIG_HAS_DATAFLASH
	initr_dataflash,
#endif
#ifdef CONFIG_ROCKCHIP
	initr_rk_storage,
#endif
	initr_env,
	INIT_FUNC_WATCHDOG_RESET
	initr_secondary_cpu,
#ifdef CONFIG_SC3
	initr_sc3_read_eeprom,
#endif
#ifdef	CONFIG_HERMES
	initr_hermes,
#endif
#if defined(CONFIG_ID_EEPROM) || defined(CONFIG_SYS_I2C_MAC_OFFSET)
	mac_read_from_eeprom,
#endif
	INIT_FUNC_WATCHDOG_RESET
#if defined(CONFIG_PCI) && !defined(CONFIG_SYS_EARLY_PCI_INIT)
	/*
	 * Do pci configuration
	 */
	initr_pci,
#endif
	stdio_add_devices,
	initr_jumptable,
#ifdef CONFIG_API
	initr_api,
#endif
	console_init_r,		/* fully init console as a device */
#ifdef CONFIG_DISPLAY_BOARDINFO_LATE
	show_board_info,
#endif
#ifdef CONFIG_ARCH_MISC_INIT
	arch_misc_init,		/* miscellaneous arch-dependent init */
#endif
#ifdef CONFIG_MISC_INIT_R
	misc_init_r,		/* miscellaneous platform-dependent init */
#endif
#ifdef CONFIG_HERMES
	initr_hermes_start,
#endif
	INIT_FUNC_WATCHDOG_RESET
#ifdef CONFIG_CMD_KGDB
	initr_kgdb,
#endif
#ifdef CONFIG_X86
	board_early_init_r,
#endif
	interrupt_init,
#if defined(CONFIG_ARM) || defined(CONFIG_x86)
	initr_enable_interrupts,
#endif
#ifdef CONFIG_X86
	timer_init,		/* initialize timer */
#endif
#if defined(CONFIG_STATUS_LED) && defined(STATUS_LED_BOOT)
	initr_status_led,
#endif
	/* PPC has a udelay(20) here dating from 2002. Why? */
#ifdef CONFIG_CMD_NET
	initr_ethaddr,
#endif
#ifdef CONFIG_BOARD_LATE_INIT
	board_late_init,
#endif
#ifdef CONFIG_CMD_SCSI
	INIT_FUNC_WATCHDOG_RESET
	initr_scsi,
#endif
#ifdef CONFIG_CMD_DOC
	INIT_FUNC_WATCHDOG_RESET
	initr_doc,
#endif
#ifdef CONFIG_BITBANGMII
	initr_bbmii,
#endif
#ifdef CONFIG_CMD_NET
	INIT_FUNC_WATCHDOG_RESET
	initr_net,
#endif
#ifdef CONFIG_POST
	initr_post,
#endif
#if defined(CONFIG_CMD_PCMCIA) && !defined(CONFIG_CMD_IDE)
	initr_pcmcia,
#endif
#if defined(CONFIG_CMD_IDE)
	initr_ide,
#endif
#ifdef CONFIG_LAST_STAGE_INIT
	INIT_FUNC_WATCHDOG_RESET
	/*
	 * Some parts can be only initialized if all others (like
	 * Interrupts) are up and running (i.e. the PC-style ISA
	 * keyboard).
	 */
	last_stage_init,
#endif
#ifdef CONFIG_CMD_BEDBUG
	INIT_FUNC_WATCHDOG_RESET
	initr_bedbug,
#endif
#if defined(CONFIG_PRAM) || defined(CONFIG_LOGBUFFER)
	initr_mem,
#endif
#ifdef CONFIG_PS2KBD
	initr_kbd,
#endif
	run_main_loop,
};

总结

按照最快的方式熟悉UBoot的源码，实现从UBoot源码入门到入门，但是目前对于Kbuild 中的配置和源码的对应关系并未做到有效的认识，所以如果需要进行UBoot源码移植，单纯掌握这些还是远远不够的。以上的分析基本都是一笔带过，没有参杂任何的细节，后面需要通过实战移植一波Uboot然后加深对这块知识的掌握和认识。

参考

http://blog.chinaunix.net/uid-22979746-id-2590215.html

http://www.wowotech.net/sort/u-boot