mini-uboot 启动过程简单分析

单片机有最小系统，所谓最小系统，就是单片机能正常工作所需要的最少外设。对于Uboot来说，同样有个最小系统，因为Uboot最主要的功能就是引导内核。下面我们通过一个简单的Mini-Uboot来分析Uboot的启动加载过程。（只是分析过程，此Uboot具有引导内核功能）

注：这个uboot 只是具有基本的内核引导功能，只是作为前期简单的学习使用，入门而已，并不是正常的uboot 启动流程

具体uboot （u-boot-2013.01）启动过程移步Exynos4412 Uboot 移植（二）—— Uboot 启动流程分析

下面是mini-uboot 的根目录树状图：

我们拿到一个工程，想了解它的功能，最方便的就是读它的makefile。

一、Makefile

1. sinclude include/config.mk
2. #ARCH=arm
3. #CPU=arm920t
4. #VENDOR=samsung
5. #SOC=s3c2410
6. #BOARD=smdk2410
7. SRC_TREE:=$(shell pwd)
8. MKCONFIG=$(SRC_TREE)/mkconfig
9. INCLUDE_PATH=include
10. DRIVER_PATH=driver
11. LIB_DIR=lib
12. CFLAG=-mabi=apcs-gnu -fno-builtin  -fno-builtin-function -g -O0 -c  -I$(INCLUDE_PATH) -I$(DRIVER_PATH) -o
13. LDFLAG=-Tcpu/arm/arm_cortexa8/map.lds  -o
14. OBJS= cpu/$(ARCH)/$(CPU)/start.o
15. OBJS+=lib_arm/board.o
16. OBJS+=board/$(VENDOR)/$(BOARD)/lowlevel_init.o
17. OBJS+=board/$(VENDOR)/$(BOARD)/mem_setup.o
18. OBJS+=board/$(VENDOR)/$(BOARD)/nand.o
19. OBJS+=driver/uart.o
20. OBJS+=lib/string.o
21. OBJS+=common/do_go.o
22. OBJS+=common/main.o
23. ifeq ($(ARCH), arm)
24. CROSS_COMPILE=arm-cortex_a8-linux-gnueabi-
25. endif
26. PROJ_NAME=mini_uboot
27. all: $(OBJS)
28. $(CROSS_COMPILE)ld $(OBJS) $(LDFLAG) $(PROJ_NAME).elf
29. $(CROSS_COMPILE)objcopy -O binary $(PROJ_NAME).elf $(PROJ_NAME).bin
30. $(CROSS_COMPILE)objdump -D $(PROJ_NAME).elf  > $(PROJ_NAME).dis
31. cp *.bin /tftpboot
32. %.o: %.S
33. $(CROSS_COMPILE)gcc $(CFLAG) $@ $<
34. %.o: %.s
35. $(CROSS_COMPILE)gcc $(CFLAG) $@ $<
36. %.o: %.c
37. $(CROSS_COMPILE)gcc $(CFLAG) $@ $<
38. fsc100_config:          #    ARCH  CPU       VENDOR   BOARD  SOC
39. $(MKCONFIG) $(@:_config=) arm arm_cortexa8 samsung fsc100 s5pc100
40. #mkconfig  fsc100 arm arm_cortexa8 samsung fsc100 s5pc100
41. smdk2410_config:            #    ARCH  CPU       VENDOR   BOARD  SOC
42. $(MKCONFIG) $(@:_config=) arm arm920t samsung smdk2410 s3c2410
43. clean:
44. @rm -rf $(OBJS) *.bin *.elf config.mk

这里以2440为例，咱们来分析：

1. #ARCH=arm
2. #CPU=arm920t
3. #VENDOR=samsung
4. #SOC=s3c2410
5. #BOARD=smdk2410

架构为arm，CPU为arm920t，生产商 samsung，片上系统sc2410，板子为smdk2410。

1. OBJS= cpu/$(ARCH)/$(CPU)/start.o
2. OBJS+=lib_arm/board.o
3. OBJS+=board/$(VENDOR)/$(BOARD)/lowlevel_init.o
4. OBJS+=board/$(VENDOR)/$(BOARD)/mem_setup.o
5. OBJS+=board/$(VENDOR)/$(BOARD)/nand.o
6. OBJS+=driver/uart.o
7. OBJS+=lib/string.o
8. OBJS+=common/do_go.o
9. OBJS+=common/main.o

OBJS为依赖文件，生成的.o文件。

1. ifeq ($(ARCH), arm)
2. CROSS_COMPILE=arm-cortex_a8-linux-gnueabi-
3. endif

根据相应的架构，制作相应的交叉编译工具。

1. all: $(OBJS)
2. $(CROSS_COMPILE)ld $(OBJS) $(LDFLAG) $(PROJ_NAME).elf
3. $(CROSS_COMPILE)objcopy -O binary $(PROJ_NAME).elf $(PROJ_NAME).bin
4. $(CROSS_COMPILE)objdump -D $(PROJ_NAME).elf  > $(PROJ_NAME).dis

第一步：连接 ；第二步：格式转换；第三步：反汇编 " >" 为重定向的意思；

1. %.o: %.S
2. $(CROSS_COMPILE)gcc $(CFLAG) $@ $<
3. %.o: %.s
4. $(CROSS_COMPILE)gcc $(CFLAG) $@ $<
5. %.o: %.c
6. $(CROSS_COMPILE)gcc $(CFLAG) $@ $<

将所有的.S 文件、.s文件、.c文件编译成.o文件。

注意：.S文件可以在编译过程接受参数，.s文件不可以。

二、链接文件

1. OUTPUT_FORMAT("elf32-littlearm", "elf32-littlearm", "elf32-littlearm")
2. /*OUTPUT_FORMAT("elf32-arm", "elf32-arm", "elf32-arm")*/
3. OUTPUT_ARCH(arm)
4. ENTRY(_start)  //指定入口地址
5. SECTIONS    //段信息
6. {
7. /* . */
8. . = 0x22000000; //elf文件的入口地址
9. . = ALIGN(4);   //指定四字节对齐
10. .text      :    //代码段
11. {
12. cpu/arm/arm_cortexa8/start.o(.text) //确保执行的第一段代码是start.o
13. *(.text)        //所有代码段融合在一起
14. }
15. . = ALIGN(4);
16. .rodata :   //只读数据段
17. { *(.rodata) }  //所有数据段
18. . = ALIGN(4);
19. .data :     //数据段
20. { *(.data) }
21. . = ALIGN(4);
22. _start_bss = .; //bss段开始地址
23. .bss :
24. { *(.bss) }
25. _end_bss = .;       //bss段结束地址，两者可确定bss段大小
26. }

三、start.s文件（Uboot执行的第一个文件）

1. @ 汇编中的宏
2. .equ USER_MODE, 0x10    @define USER_MODE 0x10
3. .equ IRQ_MODE,  0x12
4. .equ SVC_MODE,  0x13
5. .equ MODE_MASK, 0x1f
6. .section .text
7. .global _start
8. @ 不支持异常处理的，这里只写了复位异常处理
9. _start:
10. vector:
11. b  reset_handler
12. nop     @undef ......
13. nop
14. nop
15. nop
16. nop
17. nop
18. nop
19. reset_handler:
20. @step 1: svc close irq fiq      //第一步：将运行模式改成SVC模式
21. mrs r0, cpsr            //修改cpsr模式位
22. bic r0, r0, #0x1f
23. orr r0, r0, #0xc0  @IRQ FIQ     //关闭IRQ FIQ
24. msr cpsr_c, r0
25. @step 2: cache 关闭I CACHE D CACHE    //第二步：关闭cache，直接运行，不需缓存
26. mrc p15, 0, r0, c12, c0, 0
27. bic r0, #0x1000
28. bic r0, #0x2
29. mcr p15, 0, r0, c12, c0, 0
30. @step 3：                //第三步：调用电路板级初始化程序, system clock , dram, watchdog
31. @bl low_level_init      //初始化时钟、dram、关闭看门狗
32. @step 4: sp-> 0x30000000     //第四步：设置栈指针，使其指向一个地址即可
33. ldr sp, =0x2e000000
34. @step 5: mini_uboot.bin  > 16KB   bin < 16KB
35. @step 5 代码自搬移
36. @copy_miniuboot_rto_sdram 如果你的代码大于了16KB代码需要实现自我搬移
37. @step 6:                //第六步：清除BSS段，BSS段大小由链接文件里确定
38. @STEP 6.1 , 清除 BSS段
39. @
40. clear_bss:
41. ldr r0, =_start_bss   @| BSS 起始地址
42. ldr r1, =_end_bss     @| BSS 终止地址
43. mov r2, #0
44. bss_loop:
45. cmp r0, r1
46. strne r2, [r0], #4
47. bne bss_loop
48. @step  7, 进入C           //跳转到C程序入口
49. b start_armboot
50. stop:
51. b stop
52. .end