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U-Boot启动第二阶段代码分析 (2012-03-23 15:10)一键转载标签: 二 分类： ubootU-Boot第一阶段的启动流程。(nandflash启动，把nand的4k代码考到sram中，因为nand没址线，不能映射到内存，所以通过sram进行过度，sram中4k代码把整个uboot拷贝到sdram上，初始化好堆栈，为c语言提供条件，进入uboot的第二阶段！ )这个阶段主要是初始化硬件设备，为加载U-Boot的第二阶段代码准备RAM空间最后跳转到lib_arm/board.c中start_armboot函数，这是第二阶段的入口点。 在上一篇文章中，我们介绍了u-boot启动的时候汇编语言的部分，当时我们进行了一些简单的初始化，并且为C语言的执行建立的环境（堆栈），现在我们看看当从汇编语言转到C语言的时候执行的第一个函数（ start_armboot ()，在lib_armboard.c中），该函数进行了一系列的外设初始化，然后调用main_loop (),根据配置来选择是直接加载Linux内核还是进入等待命令模式。1、在介绍该函数之前，我们需要看一看几个数据结构，这些是u-boot中几个重要的数据结构：（1）gd_t结构体U-Boot使用了一个结构体gd_t来存储全局数据区的数据，这个结构体在include/asm-arm/global_data.h中定义如下：typedef struct global_data bd_t *bd; /与板子相关的结构，见下面 unsigned long flags; unsigned long baudrate; unsigned long have_console; /* serial_init() was called */ unsigned long reloc_off; /* Relocation Offset */ unsigned long env_addr; /* Address of Environment struct */ unsigned long env_valid; /* Checksum of Environment valid? */ unsigned long fb_base; /* base address of frame buffer */#ifdef CONFIG_VFD /我们一般没有配置这个，这个是frame buffer的首地址 unsigned char vfd_type; /* display type */#endif#if 0 unsigned long cpu_clk; /* CPU clock in Hz! */ unsigned long bus_clk; unsigned long ram_size; /* RAM size */ unsigned long reset_status; /* reset status register at boot */#endif void *jt; /* jump table */ gd_t; /* * Global Data Flags */#define GD_FLG_RELOC 0x00001 /* Code was relocated to RAM */#define GD_FLG_DEVINIT 0x00002 /* Devices have been initialized */#define GD_FLG_SILENT 0x00004 /* Silent mode */ #define DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR register volatile gd_t *gd asm (r8) 在global_data.h中U-Boot使用了一个存储在寄存器中的指针gd来记录全局数据区的地址：#define DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR register volatile gd_t *gd asm (r8) DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR定义一个gd_t全局数据结构的指针，这个指针存放在指定的寄存器r8中。这个声明也避免编译器把r8分配给其它的变量。任何想要访问全局数据区的代码，只要代码开头加入“DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR”一行代码，然后就可以使用gd指针来访问全局数据区了。 根据U-Boot内存使用图中可以计算gd的值：gd = TEXT_BASE CONFIG_SYS_MALLOC_LEN sizeof(gd_t) 2）bd_t 保存与板子相关的配置参数bd_t在include/asm-arm/u-boot.h中定义如下：typedef struct bd_info int bi_baudrate; /* 串口通讯波特率 */ unsigned long bi_ip_addr; /* IP地址 */ unsigned char bi_enetaddr6; /* Ethernet adress */ struct environment_s *bi_env; /*环境变量开始地址 */ ulong bi_arch_number; /* unique id for this board开发板的机器码 */ ulong bi_boot_params; /* where this board expects params 内核参数的开始地址*/ struct /* RAM配置信息 */ ulong start; ulong size; bi_dramCONFIG_NR_DRAM_BANKS; /在我的板子上DRAM配置是1个#ifdef CONFIG_HAS_ETH1 /* second onboard ethernet port */ unsigned char bi_enet1addr6;#endif bd_t; #define bi_env_data bi_env-data#define bi_env_crc bi_env-crcU-Boot启动内核时要给内核传递参数，这时就要使用gd_t，bd_t结构体中的信息来设置标记列表。3). 初始化函数列表(以数组的形式)相关代码在lib-arm/board.c中定义typedef int (init_fnc_t) (void); /*这是使用typedef定义一个init_fnc_t为函数类型，该函数返回int型，无参数*/ int print_cpuinfo (void); /* test-only */ init_fnc_t *init_sequence定义一个init_fnc_t指针类型的数组。简单的说就是定义了个函数指针数组，指向一系列cpu初始化函数。init_fnc_t *init_sequence = /*全局变量init_sequence的定义，*/ cpu_init, /* basic cpu dependent setup CPU的相关配置，如初始化IRQ/FIQ模式的栈cpu/arm920t/cpu.c*/ board_init, /* basic board dependent setup开发板相关配置，是对板子的初始化,设置MPLL，改变系统时钟，以及一些GPIO寄存器的值，还设置了U-Boot机器码和内核启动参数地址，它是开发板相关的函数，比如2410是在：board/smdk2410/smdk2410.c中实现*/ interrupt_init, /* set up exceptions 初始化中断，在cpu/arm920t/s3c24x0/interrupts.c实现*/ env_init, /* initialize environment 初始化环境变量，检查flash上的环境变量是否有效common/env_flash.c 或common/env_nand.c */ init_baudrate, /* initialze baudrate settings 初始化波特率lib_arm/board.c */ serial_init, /* serial communications setup串口初始化串口初始化后我们就可以打印信息了cpu/arm920t/s3c24x0/serial.c */ console_init_f, /* stage 1 init of console 控制台初始化第一阶段common/console.c */ display_banner, /* say that we are here通知代码已经运行到该处，打印U-Boot版本、编译的时间- lib_arm/board.c */#if defined(CONFIG_DISPLAY_CPUINFO) print_cpuinfo, /* display cpu info (and speed) */#endif#if defined(CONFIG_DISPLAY_BOARDINFO) checkboard, /* display board info */#endif dram_init, /* configure available RAM banks 配置可用的内存区，检测系统内存映射，设置内存的起始地址和大小board/smdk2410/smdk2410.c*/ display_dram_config, NULL,;可以看出这里定义了一个指针数组,它的每一个元素都是指针变量,这些指针变量指向的类型为init_fnc_t,在C语言中函数的入口地址就是函数名,所以这里使用一系列函数名来初始化这个数组。现在来看看到底做了哪些初始化工作int cpu_init (void) /* * setup up stacks if necessary */#ifdef CONFIG_USE_IRQ IRQ_STACK_START = _armboot_start - CFG_MALLOC_LEN - CFG_GBL_DATA_SIZE - 4; FIQ_STACK_START = IRQ_STACK_START - CONFIG_STACKSIZE_IRQ;#endif return 0;这个函数cpu/arm920t/cpu.c在中实现，其实这个函数没有做任何工作,因为CONFIG_USE_IRQ这个宏没有定义,那么怎么知道这个宏是否被定义了呢,在使用SourceInsight的搜索功能时,发现有些宏会在很多头文件被定义,而我们又很难判断这些头文件是否被当前的c文件包含了,我使用一个简便的方法,利用编译器的预处理功能,#ifdef CONFIG_USE_IRQ#error CONFIG_USE_IRQ_xxxxxx DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR; IRQ_STACK_START = _armboot_start - CFG_MALLOC_LEN - CFG_GBL_DATA_SIZE - 4; FIQ_STACK_START = IRQ_STACK_START - CONFIG_STACKSIZE_IRQ;#endif 这样如果这个宏被定义了,那么编译时就会报错输出#error CONFIG_USE_IRQ_xxxxxx,并终止编译.对于smdk2410来说这个宏CONFIG_USE_IRQ没定义，实际上就是把IRQ_STACK_START， FIQ_STACK_START指到RAM中的IRQ stuff区域。int board_init (void) 这个函数board/smdk2410/smdk2410.c在中实现/获取power和clock及GPIO方面的寄存器地址，稍后的操作会对这些寄存器操作，需要看到的是，象S3C24X0_CLOCK_POWER里面的field对象都是按照实际寄存器的地址来安排的 S3C24X0_CLOCK_POWER * const clk_power = S3C24X0_GetBase_CLOCK_POWER(); S3C24X0_GPIO * const gpio = S3C24X0_GetBase_GPIO(); /* to reduce PLL lock time, adjust the LOCKTIME register */ /降低PLL的lock time的值，具体含义可参考data sheet clk_power-LOCKTIME = 0xFFFFFF; /* configure MPLL */ clk_power-MPLLCON = (M_MDIV 12) + (M_PDIV UPLLCON = (U_M_MDIV 12) + (U_M_PDIV GPACON = 0x007FFFFF; gpio-GPBCON = 0x00044555; gpio-GPBUP = 0x000007FF; gpio-GPCCON = 0xAAAAAAAA; gpio-GPCUP = 0x0000FFFF; gpio-GPDCON = 0xAAAAAAAA; gpio-GPDUP = 0x0000FFFF; gpio-GPECON = 0xAAAAAAAA; gpio-GPEUP = 0x0000FFFF; gpio-GPFCON = 0x000055AA; gpio-GPFUP = 0x000000FF; gpio-GPGCON = 0xFF95FFBA; gpio-GPGUP = 0x0000FFFF; gpio-GPHCON = 0x002AFAAA; gpio-GPHUP = 0x000007FF; /* SMDK2410开发板的机器码 */ */ gd-bd-bi_arch_number = MACH_TYPE_SMDK2410; /* adress of boot parameters内核启动参数地址，运行时在linux内核之下/ gd-bd-bi_boot_params = 0x30000100; /使能指令cache和数据cache icache_enable(); dcache_enable(); return 0;现在说一下icache_enable、dcache_enable函数，它定义在cpu/arm920t/cpu.c中，这两个函数是通过修改CP15的c1寄存器来实现的，使能cache很简单，只要把协处理器15的相关位打开就行了，这里来是将c1的I、C位置1，来开启Icache、DCaches。我这里只分析icache_enable，dcache_enable类似。icache_enable具体实现如下：void icache_enable (void) ulong reg; reg = read_p15_c1 (); /* get control reg. 获取CP15的c1寄存器值存到reg中*/ cp_delay (); write_p15_c1 (reg | C1_IC);/*这里将C1寄存器的I、C位置1，来开启Icache、Dcaches，关于CP15的c1寄存器的格式可参看前面u-boot启动第一阶段分析的cpu_init_crit函数部分。这里须要理解的是read_p15_c1与write_p15_c1函数，它们分别在cpu/arm920t/cpu.c中定义如下：static unsigned long read_p15_c1 (void) unsigned long value; _asm_ _volatile_( mrc p15, 0, %0, c1, c0, 0 read control regn,%0是参数传递时R0寄存器，其功能是读取CP15的c1寄存器值放到r0中。 : =r (value) : : memory); #ifdef MMU_DEBUG printf (p15/c1 is = %08lxn, value);#endif return value; 返回读取CP15的c1寄存器的值/* write to co-processor 15, register #1 (control register) */static void write_p15_c1 (unsigned long value)#ifdef MMU_DEBUG printf (write %08lx to p15/c1n, value);#endif _asm_ _volatile_( mcr p15, 0, %0, c1, c0, 0 write it backn 保存r0的值到控制寄存器CP15的c1寄存器中，因为函数参数传递时，第一个参数都是放在r0寄存器中的。 : : r (value) : memory); read_p15_c1 ();接下来该看初始化函数: interrupt_init，在cpu/arm920t/s3c24x0/interrupts.c实现interrupt_init代码如下：int timer_load_val = 0;static ulong timestamp;static ulong lastdec;int interrupt_init (void) 初始化timer4相关寄存器，用于产生10ms定时中断信号。 S3C24X0_TIMERS * const timers = S3C24X0_GetBase_TIMERS();/返回定时器配置寄存器地址0x51000000,即TCFG0寄存器地址。 /*这里使用定时器4，定时器4有只有一个内部定器没有输出管脚*/ /* prescaler for Timer 4 is 16 */ timers-TCFG0 = 0x0f00; if (timer_load_val = 0) /* * for 10 ms clock period PCLK with 4 bit divider = 1/2 * (default) and prescaler = 16. Should be 10390 * 33.25MHz and 15625 50 MHz */ timer_load_val = get_PCLK()/(2 * 16 * 100); /PCLK(返回PCLK频率 /* load value for 10 ms timeout */ lastdec = timers-TCNTB4 = timer_load_val;/设置计数缓存寄存器初始值。 /*设置定时器4手动更新，自动加载模式，并关闭定时器4*/ timers-TCON = (timers-TCON & 0x0700000) | 0x600000; /* auto load, 启动Timer 4 */ timers-TCON = (timers-TCON & 0x0700000) | 0x500000; timestamp = 0; return (0);对着datasheet来看这个函数， 实际上这个函数使用timer 4来作为系统clock， 即时钟滴答， 10ms一次，到点就产生一个中断，但由于此时中断还没打开所以这个中断不会响应。接着看env_init: 由于我们在inculde/configs/smdk2410.h下定义了CFG_ENV_IS_IN_FLASH，因此该函数位于common/env_flash.c下int env_init(void)#ifdef CONFIG_OMAP2420H4 int flash_probe(void); if(flash_probe() = 0) goto bad_flash;#endif if (crc32(0, env_ptr-data, ENV_SIZE) = env_ptr-crc) gd-env_addr = (ulong)&(env_ptr-data); gd-env_valid = 1;使用include/configs/smdk2410.h配置的环境变量则设置环境变量可用标志 return(0); /* env_ptr在前面定义为env_t *env_ptr = (env_t *)CFG_ENV_ADDR;而CFG_ENV_ADDR被定义在include/configs/smdk2410.h中了，这里判断如果校验正确(即CFG_ENV_ADDR被定义了)则环境变量的存放地址使用smdk2410.h中定义的，否则使用后面的默认的环境变量值default_environment数组*/#ifdef CONFIG_OMAP2420H4bad_flash:#endif gd-env_addr = (ulong)&default_environment0; gd-env_valid = 0; 使用默认的环境配置变量则设置环境变量不可用标志 return (0);这个函数主要是在gd里保存环境变量的存放地址。一般使用默认的环境变量值即default_environment数组，它在common/env_commom.c中定义（关于u-boot环境变量更详细的说明请看U-BOOT环境变量实现一文档。地址：/hxliu_leo/article/details/5315011）uchar default_environment = #ifdef CONFIG_BOOTARGS bootargs= CONFIG_BOOTARGS 0#endif#ifdef CONFIG_BOOTCOMMAND bootcmd= CONFIG_BOOTCOMMAND 0#endif#if defined(CONFIG_BOOTDELAY) & (CONFIG_BOOTDELAY = 0) bootdelay= MK_STR(CONFIG_BOOTDELAY) 0#endif。#ifdef CONFIG_EXTRA_ENV_SETTINGS CONFIG_EXTRA_ENV_SETTINGS#endif 0;可见环境变量以如下的方式存放在数组中 Name=value并且以”/0”结束， 而类似CONFIG_BOOTARGS的宏都定义在板子自己的配置文件中即smdk2410.h里。接下来看init_baudrate，定义在lib_arm/board.cstatic int init_baudrate (void) char tmp64; /* long enough for environment variables */ int i = getenv_r (baudrate, tmp, sizeof (tmp); /从环境变量中获取波特率值 gd-bd-bi_baudrate = gd-baudrate = (i 0) ? (int) simple_strtoul (tmp, NULL, 10) : CONFIG_BAUDRATE; return (0);该函数从上面刚初始化好的环境变量列表里找波特率值，如果没有就赋初始值为CONFIG_BAUDRATE。继续往下看serial_init，cpu/arm920t/s3c24x0/serial.cint serial_init (void) serial_setbrg ();/设置波特率，停止位等 return (0);void serial_setbrg (void) cpu/arm920t/s3c24x0/serial.c S3C24X0_UART * const uart = S3C24X0_GetBase_UART(UART_NR); int i; unsigned int reg = 0; /* value is calculated so : (int)(PCLK/16./baudrate) -1 */ reg = get_PCLK() / (16 * gd-baudrate) - 1; /* FIFO enable, Tx/Rx FIFO clear */ uart-UFCON = 0x07; uart-UMCON = 0x0; /* Normal,No parity,1 stop,8 bit */ uart-ULCON = 0x3; /* * tx=level,rx=edge,disable timeout int.,enable rx error int., * normal,interrupt or polling */ uart-UCON = 0x245; uart-UBRDIV = reg; #ifdef CONFIG_HWFLOW uart-UMCON = 0x1; /* RTS up */#endif for (i = 0; i have_console = 1; #ifdef CONFIG_SILENT_CONSOLE if (getenv(silent) != NULL) gd-flags |= GD_FLG_SILENT; /设置控制台模式#endif return (0);该函数初始化了几个控制台相关的标记。接着看display_banner: lib_arm/board.cstatic int display_banner (void) printf (nn%snn, version_string); /打印U-BOOT的版本信息 debug (U-Boot code: %08lX - %08lX BSS: - %08lXn, _armboot_start, _bss_start, _bss_end); /打印U-BOOT代码位置#ifdef CONFIG_MODEM_SUPPORT debug (Modem Support enabledn);#endif#ifdef CONFIG_USE_IRQ debug (IRQ Stack: %08lxn, IRQ_STACK_START); debug (FIQ Stack: %08lxn, FIQ_STACK_START);#endif return (0);这个函数就是在控制台上打印一些系统信息。接着看dram_init:int dram_init (void) 这个函数board/smdk2410/smdk2410.c在中实现 gd-bd-bi_dram0.start = PHYS_SDRAM_1; /RAM起始地址 gd-bd-bi_dram0.size = PHYS_SDRAM_1_SIZE; /RAM大小 return 0;2410使用2片32MB的SDRAM组成了64MB的内存，接在存储控制器的BANK6，地址空间是0x300000000x34000000。在include/configs/smdk2410.h中PHYS_SDRAM_1和PHYS_SDRAM_1_SIZE 分别被定义为0x30000000和0x04000000（64M）。再看display_dram_config lib_arm/board.cstatic int display_dram_config (void) int i; #ifdef DEBUG puts (RAM Configuration:n); for(i=0; ibd-bi_drami.start); print_size (gd-bd-bi_drami.size, n); #else ulong size = 0; for (i=0; ibd-bi_drami.size; puts(DRAM: ); print_size(size, n);#endif return (0);呵呵仅仅是打印系统RAM的信息。这样整个初始化函数表的函数都看完了，总结一下主要做了如下过程：1 cpu, borad, interrupt的初始化，包括cache等，这些都于特定板子的配置有关。2 环境变量的初始化，3 串口，控制台，RAM的初始化，4 在控制台上实时的显示系统配置等相关参数。 最后需要说明的是，大部分的配置参数都是预先在include/configs/board_name.h下定义的，因此如果我们要移植我们自己的板子的话，这个文件必不可少，它描述了我们板子的配置情况如CPU型号，RAM大小等。2.start_armboot()源码分析分析完上述的数据结构，下面来分析start_armboot函数，现在我贴出start_armboot ()的源代码，然后具体的在其中解释一些代码的作用。void start_armboot (void) init_fnc_t *init_fnc_ptr; /*它是指向指针的指针变量,变量的类型为init_fnc_t,这是一个使用typedef定义的函数类型, 其中init_fnc_ptr将在后面指向一个数组指针*/ char *s;#ifndef CFG_NO_FLASH ulong size;#endif#if defined(CONFIG_VFD) | defined(CONFIG_LCD) unsigned long addr;#endif /* Pointer is writable since we allocated a register for it */ gd = (gd_t*)(_armboot_start - CFG_MALLOC_LEN - sizeof(gd_t);/计算全局数据结构的地址gd /* compiler optimization barrier needed for GCC = 3.4 */ _asm_ _volatile_(: : :memory); memset (void*)gd, 0, sizeof (gd_t); /初始化全局数据区为0； gd-bd = (bd_t*)(char*)gd - sizeof(bd_t); /为bd_t分配空间，并赋值到gd memset (gd-bd, 0, sizeof (bd_t); monitor_flash_len = _bss_start - _armboot_start; /代码段的大小 /* 逐个调用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 (); /* CFG_NO_FLASH 表示没有flash,如果没定义该常量则表示板子上有flash,此时调用flash_init()对其进行初始化.这里是norflash初始化 */#ifndef CFG_NO_FLASH /* configure available FLASH banks */ size = flash_init (); 详见后分析 display_flash_config (size); /打印flash的信息，仅是其大小；#endif /* CFG_NO_FLASH */ #ifdef CONFIG_VFD /smdk2410没定义# ifndef PAGE_SIZE# define PAGE_SIZE 4096# endif /* * reserve memory for VFD display (always full pages) */ /* bss_end is defined in the board-specific linker script */ addr = (_bss_end + (PAGE_SIZE - 1) & (PAGE_SIZE - 1); size = vfd_setmem (addr); gd-fb_base = addr;#endif /* CONFIG_VFD */ #ifdef CONFIG_LCD# ifndef PAGE_SIZE# define PAGE_SIZE 4096# endif /* * reserve memory for LCD display (always full pages) */ /* bss_end is defined in the board-specific linker script */ addr = (_bss_end + (PAGE_SIZE - 1) & (PAGE_SIZE - 1); size = lcd_setmem (addr); gd-fb_base = addr;#endif /* CONFIG_LCD */ /* armboot_start is defined in the board-specific linker script */ mem_malloc_init (_armboot_start - CFG_MALLOC_LEN); /初始化malloc区域，_armboot_start=0x33f80000,CFG_MALLOC_LEN=0x30000,mem_malloc_init对 (0x33f80000-0x30000)(0x33f80000)这段存储区清零/如果定义了命令和NAND命令，初始化nand#if (CONFIG_COMMANDS & CFG_CMD_NAND) puts (NAND: ); nand_init(); /*探测NAND flash并根据NAND flash的类型填充相应的数据结构,全局结构体变量nand_dev_desc0(类型struct nand_chip) */#endif #ifdef CONFIG_HAS_DATA