【uboot】Uboot的启动流程

引言

在驱动岗位上，每一位新员工刚入职期间都需要理解和掌握uboot，但深入的理解代码往往需要耗费大量的时间去反复阅读。本文希望对uboot进行尽可能详细的解析，帮助其他人更快的掌握和理解uboot源码。

准备工作

uboot源码

本文是基于Hi3536_demo开发板对应的uboot源码进行分析，可以通过下面面的tag信息使用git下载Hi3536_demo的uboot源码。

project path="packages/linux_lsp/boot/u-boot-2010.06",

name="sysdev/packages/linux_lsp/boot/u-boot-2010.06",

revision="sysdev_v1.x-201703"

代码阅读软件source insight

可以想象uboot源码包有10000多个文件，每个文件都有几百行甚至上千行代码。需要专业的代码阅读器查找函数原型，根据需求去查找阅读，完全没必要重头读到尾。

Hi3536_demo开发板和对应的数据手册

在uboot源码中常常直接对一块地址进行操作，看的人云里雾里，通过查阅数据手册可以协助我们理解那些语句的作用。

开发环境

我们还需要一个linux环境去编译uboot代码，还需要在linux下对uboot镜像进行反汇编。

注意：编译uboot镜像前需要配置交叉编译工具链。

U-Boot源码分析

uboot的配置过程

在拿到uboot代码后的第一步，我们需要做什么？执行make Hi3536_demo_config。

那为什么要执行make Hi3536_demo_config？我们可以通过查看源代码去理解执行make Hi3536_demo_config的深层次原因。

通过顶层Makefile可以看到，在执行make Hi3536_demo_config的时候，实质上调用了如下部分：

#### u-boot-2010.06/Makefile ####

Hi3536_config: unconfig

@$(MKCONFIG) $(@:_config=) arm hi3536 Hi3536 NULL hi3536

#### 注意：$(@:_config=) 就是将Hi3536_config中的_config替换为空!得到Hi3536; ####

#### 注意：每段代码段的第一行指明了代码存在的目录 ####

首先，确定下变量的值，这里以Hi3536_demo板为例：

#### 在顶层Makefile中会涉及到如下变量 ####

$1 = Hi3536_demo “BOARD_NAME”

$2 = arm “ARCH”

$3 = hi3536 “CPU”

$4 = Hi3536_demo “BOARD”

$5 = NULL “VENDOR”

$6 = hi3536 “SOC”

#OBJTREE = ./ //输出目录

#SRCTREE = ./ //源码目录

#TOPDIR = ./ //顶层目录

#LNDIR = ./ //连接目录

MKCONFIG= $(SRCTREE)/mkconfig = ./mkconfig

BOARD_NAME = "$1" = Hi3536_demo

ARCH= arm

OBJTREE= $(if $(BUILD_DIR),$(BUILD_DIR),$(CURDIR)) = ./

LNPREFIX = 空

BOARDDIR = $4 = Hi3536_demo

通过上面的代码可以推导出：@$(MKCONFIG) $(@:_config=) arm hi3536 Hi3536_demo NULL hi3536 等于 ./mkconfig Hi3536_demo arm hi3536 Hi3536_demo NULL hi3536

推导出：”make Hi3536_demo_config” 实际执行 “./mkconfig Hi3536_demo arm hi3536 Hi3536_demo NULL hi3536”

上面那这段代码具体干了什么事情呢？咱们继续向下分析。

mkconfig实际上就是顶层目录下的一个文件。那么，就来研究下顶层目录下的mkconfig文件：

#### u-boot-2010.06/mkconfig ####

/* $#: ./mkconfig Hi3536_demo arm hi3536 Hi3536_demo NULL hi3536命令行参数的个数

* $0 $1 $2 $3 $4 $5 $6

/* 创建include目录，将相关文件软连接 */

if [ "$SRCTREE" != "$OBJTREE" ] ; then

mkdir -p ${OBJTREE}/include

…

cd ../include

ln -s ${SRCTREE}/arch/$2/include/asm asm

else

cd ./include

…

ln -s ../arch/$2/include/asm asm

/* 即/arch/$2/include/asm/arch-$6，为执行make Hi3536_demo_config产生的连接文件， arch/arm/include/asm/arch-hi3536 */

rm -f asm/arch

/* -z STRING: 判断字符串STRING是否为0，若STRING为空字符串，则为true

* -o: or或的意思

if [ -z "$6" -o "$6" = "NULL" ] ; then /* 软连接 */

ln -s ${LNPREFIX}arch-$3 asm/arch

else

/* arch->arch/arm/include/asm/arch-hi3536 */

ln -s ${LNPREFIX}arch-$6 asm/arch

if [ "$2" = "arm" ] ; then /* 软连接 */

/* proc->arch/arm/include/asm/proc-armv */

rm -f asm/proc

ln -s ${LNPREFIX}proc-armv asm/proc

/* 创建include/config.mk，将ARCH、CPU、BOARD等信息写入

* >: 定向输出到文件，若文件不存在创建空文件

* >>: 追加内容到指定的文件末尾

echo "ARCH = $2" > config.mk

echo "CPU = $3" >> config.mk

echo "BOARD = $4" >> config.mk

[ "$5" ] && [ "$5" != "NULL" ] && echo "VENDOR = $5" >> config.mk

[ "$6" ] && [ "$6" != "NULL" ] && echo "SOC = $6" >> config.mk

…

/* 将config.mk中的数据写入到 config.h 并添加相关信息*/

for i in ${TARGETS} ; do

echo "#define CONFIG_MK_${i} 1" >>config.h ;

done

cat << EOF >> config.h

#define CONFIG_BOARDDIR board/$BOARDDIR

#include <config_defaults.h>

#include <configs/$1.h>

#include <asm/config.h>

EOF

exit 0

./include/config.h文件内容：

#### u-boot-2010.06/include/config.h ####

/* Automatically generated - do not edit */

#define CONFIG_BOARDDIR board/Hi3536_demo

#include <config_defaults.h>

#include <configs/Hi3536_demo.h>

#include <asm/config.h>

./include/config.mk文件内容：

#### u-boot-2010.06/include/config.mk ####

ARCH = arm

CPU = hi3536

BOARD = Hi3536_demo

VENDOR = 空

SOC = Hi3536_demo

综上，总结下mkconfig文件（或者叫make Hi3536_demo_config）的作用：

确定ARCH、CPU、BOARD等变量的值，并存到./include/config.mk文件中
建立板级相关的 ./include/config.h文件
建立指向其他文件的软链接

uboot的编译与链接过程

说完配置我们再回到Makefile中来看看编译与链接，面对Makefile的时候首先我们就会想到最后的目标文件u-boot.bin是怎样产生的：

#### u-boot-2010.06/Makefile ####

/* CROSS_COMPILE = #指定编译器种类 */

/* OBJCOPY = $(CROSS_COMPILE)objcopy #转换目标文件格式 */

/* OBJCFLAGS += --gap-fill=0xff #段之间的空隙用0xff填充 */

$(obj)u-boot.bin: $(obj)u-boot

$(OBJCOPY) ${OBJCFLAGS} -O binary $< $@

#### 注意：/* */这些是注释 ####

从上段代码可以看到u-boot.bin 是用$(OBJCOPY) 从u-boot生成的，u-boot是elf格式的文件，不能直接在裸机上运行，所以需要用$(OBJCOPY) 把u-boot转换成二进制u-boot.bin文件。

#### u-boot-2010.06/Makefile ####

$(obj)u-boot: ddr_training depend $(SUBDIRS) $(OBJS) $(LIBBOARD) $(LIBS) $(LDSCRIPT) $(obj)u-boot.lds

$(GEN_UBOOT)

ifeq ($(CONFIG_KALLSYMS),y)

smap=`$(call SYSTEM_MAP,u-boot) | \

awk '$$2 ~ /[tTwW]/ {printf $$1 $$3 "\\\\000"}'` ; \

$(CC) $(CFLAGS) -DSYSTEM_MAP="\"$${smap}\"" \

-c common/system_map.c -o $(obj)common/system_map.o

$(GEN_UBOOT) $(obj)common/system_map.o

endif

通过上面代码可以分析出：u-boot的产生依赖于depend，$(SUBDIRS)，$(OBJS)，$(LIBBOARD)，$(LIBS)，$(LDSCRIPT)。这里介绍一下这几个依赖目标(其中涉及到很多变量，均在顶层config.mk中)：

$(SUBDIRS)：进入各个子目录中执行make

SUBDIRS = tools \

examples/standalone \

examples/api

.PHONY : $(SUBDIRS)

...

$(SUBDIRS): depend

$(MAKE) -C $@ all

$(OBJS)：OBJS = $(CPUDIR)/start.o, 即为'arch/arm/cpu/hi3536/start.o'，而要产生start.o需要进入$(CPUDIR)进行编译。

CPUDIR=arch/$(ARCH)/cpu/$(CPU) #### u-boot-2010.06\config.mk ####

OBJS = $(CPUDIR)/start.o

…

$(OBJS): depend

$(MAKE) -C $(CPUDIR) $(if $(REMOTE_BUILD),$@,$(notdir $@))

$(LIBBOARD)：这个也很好理解就是产生board/$(BOARDDIR)/lib$(BOARD).a，对Hi3536_demo来说，LIBBOARD = board /Hi3536_demo/libHi3536_demo.a

BOARD = Hi3536_demo #### u-boot-2010.06\include\config.mk ####

BOARDDIR = $(BOARD) #### u-boot-2010.06\config.mk ####

LIBBOARD = board/$(BOARDDIR)/lib$(BOARD).a

LIBBOARD := $(addprefix $(obj),$(LIBBOARD))

$(LIBBOARD): depend $(LIBS)

$(MAKE) -C $(dir $(subst $(obj),,$@))

$(LIBS)：LIBS包括的目标非常多，都是将子目录的源码编成*.a库文件，通过执行每个目录的Makefile来实现。

LIBS = lib/libgeneric.a

LIBS += lib/lzma/liblzma.a

…

$(LIBS): depend $(SUBDIRS)

$(MAKE) -C $(dir $(subst $(obj),,$@))

$(LDSCRIPT)：这里其实就是执行链接所需要的链接脚本，这里我需要特别强调链接脚本，链接脚本是程序链接的依据，它规定了可执行文件中的程序的输出格式是大端还是小端，程序如何来布局（第一条指令是那一条，各个依赖文件是如何组成最后的目标文件的），程序的入口是那里（只对elf文件有用）。

CURDIR = ./

SRCTREE := $(CURDIR)

TOPDIR := $(SRCTREE)

LDSCRIPT := $(TOPDIR)/board/$(BOARDDIR)/u-boot.lds

$(LDSCRIPT): depend

$(MAKE) -C $(dir $@) $(notdir $@)

总结：u-boot的产生其实简单来说就进入各个目录下执行make，将指定目录下的.c文件编译生成.o文件，将指定目录下源码编成*.a库，最后再将这些文件按照链接脚本组合成最后的目标文件。

还有一点，通常放到板子上运行的镜像为u-boot.bin而不是u-boot，是因为u-boot虽然是一个可执行镜像，但里面包含了大量的调试信息，文件也非常的大。而u-boot.bin是将u-boot镜像通过objcopy转换为二进制，去掉了其中调试信息，代码非常紧凑，文件小很多，适合作为镜像放板子上运行。

uboot第一阶段解析

接下来正式开始uboot源码之旅，分析代码当然要从上电后执行的第一条指令开始看起咯，那第一条指令在哪呢？还是以Hi3536_demo为例，首先我们来看一下它的链接脚本，通过它我们可以知道它整个程序的各个段是怎么存放的（uboot运行的第一段代码在arch/arm/cpu/hi3536/start.S文件中）。

#### u-boot-2010.06\arch\arm\cpu\hi3536\ u-boot.lds ####

OUTPUT_FORMAT("elf32-littlearm", "elf32-littlearm", "elf32-littlearm") /*指定输出可执行文件是elf格式,*/

/* 32位ARM指令,小端 */

OUTPUT_ARCH(arm) /*指定输出可执行文件的平台为ARM*/

ENTRY(_start) /*指定输出可执行文件的起始代码段为_start*/

SECTIONS

{

/*指定可执行image文件的全局入口点，通常这个地址都放在ROM(flash)0x0位置。*/

/*必须使编译器知道这个地址，通常都是修改此处来完成*/

. = 0x00000000; /*;从0x0位置开始运行*/

. = ALIGN(4); /*代码以4字节对齐*/

.text :

{

__text_start = .;

arch/arm/cpu/hi3536/start.o (.text) /* 代码段的起始部分就是最开始运行代码的地方， */

/* 因此uboot运行的第一条指令在arch/arm/cpu/hi3536/start.S文件 */

drivers/ddr/ddr_training_impl.o (.text)

drivers/ddr/ddr_training_ctl.o (.text)

drivers/ddr/ddr_training_boot.o (.text)

drivers/ddr/ddr_training_custom.o (.text)

__init_end = .;

ASSERT(((__init_end - __text_start) < 0x16000), "init sections too big!");

*(.text) /*下面依次为各个text段函数*/

}

. = ALIGN(4); /*代码以4字节对齐*/

.rodata : { *(SORT_BY_ALIGNMENT(SORT_BY_NAME(.rodata*))) } /*指定只读数据段*/

. = ALIGN(4);

.data : { *(.data) }

. = ALIGN(4);

.got : { *(.got) } /*指定got段, got段是uboot自定义的一个段, 非标准段*/

__u_boot_cmd_start = .; /*把__u_boot_cmd_start赋值为当前位置, 即起始位置*/

.u_boot_cmd : { *(.u_boot_cmd) } /*指定u_boot_cmd段, uboot把所有的uboot命令放在该段.*/

__u_boot_cmd_end = .; /*把__u_boot_cmd_end赋值为当前位置,即结束位置*/

. = ALIGN(4);

__bss_start = .; /*把__bss_start赋值为当前位置,即bss段的开始位置*/

.bss : { *(.bss) } /*指定bss段 */

_end = .; /*把_end赋值为当前位置,即bss段的结束位置*/

}

现在知道uboot的第一行代码在哪里运行了吗？（在arch/arm/cpu/hi3536/start.S中运行）下面我们来分析start.S汇编代码。

#### u-boot-2010.06\arch\arm\cpu\hi3536\start.S ####

.globl _start

_start: b reset

ldr pc, _undefined_instruction

ldr pc, _software_interrupt

ldr pc, _prefetch_abort

ldr pc, _data_abort

ldr pc, _not_used

ldr pc, _irq

ldr pc, _fiq

在这里我们终于看到了第一条运行指令是_start:b reset，呵呵！看到这段代码的时候许多人都认为_start的值是0x00000000，为什么是这个地址呢? 因为连接脚本上指定了。真的是这样吗？我们来看看我们编译好之后，在u-boot目录下有个System.map，这里面有各个变量的值。

#### u-boot-2010.06\System.map ####

40c00000 T __text_start

40c00000 T _start

40c00020 t _undefined_instruction

40c00024 t _software_interrupt

40c00028 t _prefetch_abort

40c0002c t _data_abort

40c00030 t _not_used

40c00034 t _irq

40c00038 t _fiq

哈哈，_start的值怎么会是40c00000?这是因为在顶层的Makefile里面我们指定了它的连接地址。

#### u-boot-2010.06\Makefile ####

GEN_UBOOT = \

UNDEF_SYM=`$(OBJDUMP) -x $(LIBBOARD) $(LIBS) | \

sed -n -e 's/.*$$(SYM_PREFIX)__u_boot_cmd_.*$/-u\1/p'|sort|uniq`;\

cd $(LNDIR) && $(LD) $(LDFLAGS) $$UNDEF_SYM $(__OBJS) \

--start-group $(__LIBS) --end-group $(PLATFORM_LIBS) \

-Map u-boot.map -o u-boot

$(obj)u-boot: ddr_training depend $(SUBDIRS) $(OBJS) $(LIBBOARD) $(LIBS) $(LDSCRIPT) $(obj)u-boot.lds

$(GEN_UBOOT)

看到那个LDFLAGS变量了吗？它是什么呢，我们继续往下面看：

#### u-boot-2010.06\config.mk ####

LDFLAGS += -Bstatic -T $(obj)u-boot.lds $(PLATFORM_LDFLAGS)

ifneq ($(TEXT_BASE),)

LDFLAGS += -Ttext $(TEXT_BASE) /* 如果有TEXT_BASE变量，那LDFLAGS重新赋值 */

endif

看到了没有，LDFLAGS先等于链接脚本中的地址，再判断TEXT_BASE是否等于空，如果TEXT_BASE不为空，LDFLAGS会被重新赋值。TEXT_BASE的值是多少呢？我们可以在u-boot-2010.06\board\Hi3536_demo\config.mk里面找到定义,它的值为0x40c00000。这样我就可以知道为什么System.map的起始地址0x40c00000。

#### u-boot-2010.06\board\Hi3536_demo\config.mk ####

TEXT_BASE = 0x40c00000

下面我们继续来看第一条汇编指令b reset，初始化相关硬件操作。

Reset处代码有点不按照常理出牌，和网上通用的汇编起始代码有点不一样，它先判断部分寄存器中的值，再跳转到不同标志处运行。其中，“after_ziju”标志处代码执行初始化PLL/DDRC/pin mux/…等命令；

#### u-boot-2010.06\arch\arm\cpu\hi3536\start.S ####

reset: /* uboot刚进来就进行的初始化操作 */

…

beq after_ziju /* 若REG_SC_GEN2寄存器值 == 魔数，跳转到after_ziju标志处运行 */

…

bne normal_start_flow /* 若REG_SC_GEN20寄存器值！=魔数，跳转到 normal_start_flow 标志处运行 */

…

after_ziju: /* 初始化 PLL/DDRC/pin mux/... */

…

beq pcie_slave_addr /* 跳转到 pcie_slave_addr 处执行（PCIE相关初始化操作） */

…

b ziju_ddr_init /* 跳转到 ziju_ddr_init 处运行（初始化PLL/DDRC/pin mux/...） */

pcie_slave_addr: /* PCIE相关初始化操作 */

…

ziju_ddr_init: /*初始化PLL/DDRC/pin mux/... */

…

bl init_registers /*跳转到 init_registers函数处运行，初始化PLL/DDRC/... */

…

bl start_ddr_training /*跳转到 start_ddr_training函数处运行，DDR training */

…

beq pcie_slave_hold /* 跳转到 pcie_slave_hold标志处运行，通常代码不会跑到这里 */

…

mov pc, r1 /* 将pc指针返回到 bootrom */

pcie_slave_hold: /* pcie 出错保持，通常代码不对跑到这里 */

…

b . /* bug here */

若满足“bne normal_start_flow”条件，运行“normal_start_flow”标志处的代码，这部分代码是普通uboot最开始启动时执行的命令。重要部分看注释。

这段汇编代码很好理解，就是设置CPU为管理模式、将cache置无效、关闭MMU和cache。这边抛出一个问题：

在汇编代码中，Invalidate cache、disable cache、flash cache分别表示什么含义？

Invalidate cache表示当前cache内的数据无效，所有cpu获取数据只能重新读取；flash cache表示清空cache中的数据；disable cache表示关闭cache。

#### u-boot-2010.06\arch\arm\cpu\hi3536\start.S ####

normal_start_flow:

mrs r0, cpsr /* set the cpu to SVC32 mode 设置管理模式 */

…

mov r0, #0 /* Invalidate L1 I/D -- 置无效 I/D cache */

…

mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0 /* disable MMU stuff and caches --关闭MMU和cache */

…

在normal_start_flow标志处代码执行到尾部，都没有跳转这一类指令，因此pc指针继续向下执行main_core标志处代码。

此处代码内容为找到对应的存储介质，将其中的代码拷贝到DDR中运行。

#### u-boot-2010.06\arch\arm\cpu\hi3536\start.S ####

main_core:

…

bne check_bootrom_type /*检测是否需要跳转，PC的高八位如果不为0（已经在ram中运行了）则跳转，不等于则跳转*/

#ifndef CONFIG_HI3536_A7 /* 找到对应的存储介质 */

…

cmp r6, #0

ldreq pc, _clr_remap_spi_entry /* SPI存储 */

cmp r6, #1

ldreq pc, _clr_remap_spi_nand_entry /* SPI_NAND 存储 */

cmp r6, #2

ldreq pc, _clr_remap_nand_entry /* NAND 存储 */

cmp r6, #3

ldreq pc, _clr_remap_ddr_entry /* DDR 存储 */

ldr pc, _clr_remap_nand_entry /* 所有其他情况，默认采用 NAND 存储 */

#endif

check_bootrom_type: /* 将bootrom中的u-boot.bin 拷贝到RAM(0x4010c00) */

…

ldreq pc, _clr_remap_ram_entry /* 根据不同的存储介质，传不同参数 */

do_clr_remap: /*清除remap */

#ifndef CONFIG_HI3536_A7

…

/*清除remap */

#endif

#ifdef CONFIG_ARCH_HI3536

…

/* 如果使用Hi3536板卡，那就需要使能I/D cache */

#endif

…

/* 使能 Cache 操作 */

…

bne ddr_init /* DDR初始化 */

…

b copy_to_ddr /* 将u-boot.bin 拷贝到DDR */

ddr_init: /* DDR初始化相关 */

#ifndef CONFIG_HI3536_A7

…

bl init_registers /* 初始化寄存器 */

#endif

#ifdef CONFIG_DDR_TRAINING_V2

….

bl start_ddr_training /* DDR training */

#endif

#ifndef CONFIG_HI3536_A7

…

bne copy_flash_to_ddr /* 拷贝镜像到DDR */

#ifdef CONFIG_EMMC_SUPPORT

emmc_boot: /* 初始化emmc，跳转到 jump_to_ddr */

bl emmc_boot_read /* 拷贝镜像 */

b jump_to_ddr /*跳转到 jump_to_ddr */

#endif

copy_flash_to_ddr: /* 从NAND中拷贝镜像，跳转到 copy_to_ddr */

bne spi_nor_copy /* 拷贝镜像 */

…

b copy_to_ddr /* 跳转到copy_to_ddr */

spi_nor_copy: /* 从SPI_NOR中拷贝镜像，跳转到 copy_to_ddr */

…

bne spi_nand_copy /* 拷贝镜像 */

…

b copy_to_ddr /* 跳转到copy_to_ddr */

spi_nand_copy: /* 从SPI_NAND中拷贝镜像，跳转到 copy_to_ddr */

…

b copy_to_ddr /* 跳转到copy_to_ddr */

#endif

copy_to_ddr: /* 将指定存储内的数据拷贝到DDR */

…

beq copy_abort_code /* 拷贝操作 */

…

bl memcpy /* 拷贝操作 */

jump_to_ddr:

…

ldr pc, _copy_abort_code /* 拷贝操作 */

copy_abort_code:

…

bl memcpy /* 拷贝操作 */

又到了熟悉的部分，如果要在C语言环境下执行代码，必须先初始化堆栈。

这段代码的意思是设置一些堆栈。

#### u-boot-2010.06\arch\arm\cpu\hi3536\start.S ####

stack_setup: /* 设置栈指针 */

ldr r0, _TEXT_BASE @ upper 128 KiB: relocated uboot

sub r0, r0, #CONFIG_SYS_MALLOC_LEN @ malloc area

sub r0, r0, #CONFIG_SYS_GBL_DATA_SIZE @ bdinfo

sub sp, r0, #12 @ leave 3 words for abort-stack

and sp, sp, #~7 @ 8 byte alinged for (ldr/str)d

只要将sp指针指向一段没有被使用的内存就完成栈的设置了。根据上面的代码可以知道U-Boot内存使用情况了，如下图所示：

这段代码的意思是清bss段。

#### u-boot-2010.06\arch\arm\cpu\hi3536\start.S ####

clear_bss: /* 清除bss段 */

ldr r0, _bss_start /* r0 = bss段的起始位置 */

ldr r1, _bss_end @ stop here /* r1 = bss段结束位置 */

mov r2, #0x0 @ clear value /* r2 = 0 */

clbss_l:

str r2, [r0] @ clear BSS location /* 先将r2,即0x0，存到地址为r0的内存中去 */

cmp r0, r1 @ are we at the end yet /* 比较r0地址和r1地址，即比较当前地址是否到了bss段的结束位置 */

add r0, r0, #4 @ increment clear index pointer /* 然后r0地址加上4 */

bne clbss_l @ keep clearing till at end /* 如果不等于，那么就跳到clbss_l,即接着这几个步骤，直到地址超过了bss的_end位置，即实现了将整个bss段，都清零。*/

这个时候，pc指针开始跳到RAM里面执行代码，这也就到了第二阶段(C语言阶段)，后面的代码都是用C语言写的。

#### u-boot-2010.06\arch\arm\cpu\hi3536\start.S ####

ldr pc, _start_armboot /* start_armboot，赋值给PC，即调用start_armboot函数 */

_start_armboot: .word start_armboot /* start_armboot函数，在C文件中，即跳转执行c代码 */

总结：汇编第一阶段的代码主要可以分为以下部分：

设置异常向量表
设置特权管理模式
初始化PLL、DDR、MUX…
关MMU，关CACHE
判断代码在RAM还是FLASH，将FLASH代码复制至RAM中
设置堆栈、清空bss段
跳转至C语言处，进入第二阶段

uboot第二阶段解析

在uboot第一阶段启动完成后将会调用start_armboot开始第二阶段的启动流程，这个阶段的代码由c语言编写，代码位于u-boot-2010.06\arch\arm\lib\board.c。

基础数据结构

第二阶段主要用到了两个数据结构即 gd_t 和 bd_t，其定义如下：

这两个类型变量记录了刚启动时的信息，还将记录作为引导内核和文件系统的参数，如 bootargs 等，并且将来还会在启动内核时，由 uboot 交由 kernel 时会有所用。

#### u-boot-2010.06\arch\arm\include\asm\global_data.h ####

/* 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，这个指针存放在指定的寄存器r8中 */

typedef struct global_data { /* 全局数据结构 */

bd_t *bd; /* 指向板级信息结构 */

unsigned long flags; /* 标记位 */

unsigned long baudrate; /* 串口波特率 */

unsigned long have_console; /* serial_init() was called */

unsigned long env_addr; /* 环境参数地址 */

unsigned long env_valid; /* 环境参数 CRC 校验有效标志 */

unsigned long fb_base; /* fb 起始地址 */

#ifdef CONFIG_VFD

unsigned char vfd_type; /* 显示器类型(VFD代指真空荧光屏) */

#endif

#ifdef CONFIG_FSL_ESDHC /* 宏未定义 */

unsigned long sdhc_clk;

#endif

#if 0 /* 未定义 */

unsigned long cpu_clk; /* cpu 频率*/

unsigned long bus_clk; /* bus 频率 */

phys_size_t ram_size; /* ram 大小 */

unsigned long reset_status; /* reset status register at boot */

#endif

void **jt; /* 跳转函数表 */

} gd_t;

typedef struct bd_info { /* 板级信息结构 */

int bi_baudrate; /* 波特率 */

unsigned long bi_ip_addr; /* IP地址 */

struct environment_s *bi_env; /* 板子的环境变量 */

ulong bi_arch_number; /* 板子的 id */

ulong bi_boot_params; /* 板子的启动参数 */

struct /* RAM 配置 */

{

ulong start;

ulong size;

} bi_dram[CONFIG_NR_DRAM_BANKS];

} bd_t;

启动流程

start_armboot 首先为全局数据结构和板级信息结构分配内存，代码如下：

可以看到 bd_t 、gd_t 以及 MALLOC 区域是紧挨着的。

#### u-boot-2010.06\arch\arm\lib\board.c ####

gd = (gd_t*)(_armboot_start - CONFIG_SYS_MALLOC_LEN - sizeof(gd_t));

/* compiler optimization barrier needed for GCC >= 3.4 */

__asm__ __volatile__("": : :"memory"); /* 内存屏障，防止编译器优化 */

memset ((void*)gd, 0, sizeof (gd_t)); /* 将指定的内存地址清零( 将全局数据清零 ) */

gd->bd = (bd_t*)((char*)gd - sizeof(bd_t)); /* gd->bd指向一块地址( 取得板级信息数据结构的起始地址 ) */

memset (gd->bd, 0, sizeof (bd_t)); /* gd->db指向地址中的内容清零( 将板级信息清零 ) */

gd->flags |= GD_FLG_RELOC; /* 标记为代码已经转移到 RAM */

然后依次调用 init_sequence数组中的函数指针完成各部分的初始化，代码如下：

#### u-boot-2010.06\arch\arm\lib\board.c ####

init_fnc_t *init_sequence[] = {

#if defined(CONFIG_ARCH_CPU_INIT)

arch_cpu_init, /* 基本的处理器相关配置 -- basic arch cpu dependent setup */

#endif

timer_init, /* 初始化定时器 -- initialize timer before usb init */

board_init, /* 板级特殊设备初始化(很重要) -- basic board dependent setup */

#if defined(CONFIG_USE_IRQ)

interrupt_init, /* 中断初始化 -- set up exceptions */

#endif

// timer_init, /* 初始化定时器 */

#ifdef CONFIG_FSL_ESDHC

get_clocks,

#endif

env_init, /* 初始化环境变量(默认的环境变量) -- initialize environment */

init_baudrate, /* 初始化波特率设置 -- initialze baudrate settings */

serial_init, /* 初始化串口 */

console_init_f, /* 控制台初始化 -- stage 1 init of console */

display_banner, /* 打印uboot版本信息 -- say that we are here */

#if defined(CONFIG_DISPLAY_CPUINFO)

print_cpuinfo, /* 显示cpu信息 -- display cpu info (and speed) */

#endif

#if defined(CONFIG_DISPLAY_BOARDINFO)

checkboard, /* 显示板级信息 -- display board info */

#endif

#if defined(CONFIG_HARD_I2C) || defined(CONFIG_SOFT_I2C)

init_func_i2c, /* 初始化IIC，hard:真正iic，soft:gpio模拟iic */

#endif

dram_init, /* 配置可用RAM -- configure available RAM banks */

#if defined(CONFIG_CMD_PCI) || defined (CONFIG_PCI)

arm_pci_init, /* 初始化pci */

#endif

NULL,

};

/* 函数指针，执行指针数组中的内容(实际内容为函数指针)，初始化cpu、总线、设备等等*/

for (init_fnc_ptr = init_sequence; *init_fnc_ptr; ++init_fnc_ptr) {

if ((*init_fnc_ptr)() != 0) {

hang ();

}

void hang (void) {

puts ("### ERROR ### Please RESET the board ###\n");

for (;;);

}

在我们平台比较重要的初始化函数有 board_init 以及 env_init，代码如下：

#### u-boot-2010.06\board\Hi3536_demo\board.c ####

int board_init(void)

{

unsigned long reg;

/* set uart clk from apb bus */

reg = readl(CRG_REG_BASE + PERI_CRG57); /* 设置串口时钟 */

reg &= ~UART_CKSEL_APB;

writel(reg, CRG_REG_BASE + PERI_CRG57);

DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR;

gd->bd->bi_arch_number = MACH_TYPE_HI3536;

gd->bd->bi_boot_params = CFG_BOOT_PARAMS;

gd->flags = 0;

boot_flag_init();

add_board_partition(&pri_board_part, FLASH_TYPE_EMMC);

return 0;

}

#### u-boot-2010.06\common\env_common_func.c ####

/* 初始化环境变量 */

int env_init(void)

{

#ifdef CONFIG_HI3536_A7

env_cmn_func = &nw_env_cmn_func;

#else

switch (get_boot_media()) {

default:

env_cmn_func = NULL;

break;

case BOOT_MEDIA_NAND:

env_cmn_func = &nand_env_cmn_func;

break;

case BOOT_MEDIA_SPIFLASH:

env_cmn_func = &sf_env_cmn_func;

break;

case BOOT_MEDIA_EMMC:

env_cmn_func = &emmc_env_cmn_func;

break;

case BOOT_MEDIA_DDR:

env_cmn_func = &nw_env_cmn_func;

break;

}

#endif

if (env_cmn_func && !env_cmn_func->env_name_spec)

env_cmn_func = NULL;

/* unknow start media */

if (!env_cmn_func)

return -1;

env_cmn_func->env_init();

env_name_spec = env_cmn_func->env_name_spec;

return 0;

}

在环境变量 default_environment 中我们设置了很多参数，列表如下：

我们可以在 uboot 命令行模式下输入 printenv 命令查看当前的环境变量值。

#### u-boot-2010.06\tools\env\fw_env.c ####

static char default_environment[] = {

#if defined(CONFIG_BOOTARGS)

"bootargs=" CONFIG_BOOTARGS "\0"

#endif

#if defined(CONFIG_BOOTCOMMAND)

"bootcmd=" CONFIG_BOOTCOMMAND "\0"

#endif

…

};

start_armboot 在接下来的流程中还做了如下操作：

#### u-boot-2010.06\arch\arm\lib\board.c ####

void start_armboot (void)

{

…

nand_init(); /* 初始化 NAND */

…

mmc_initialize(0); /* 初始化MMC */

mmc_flash_init(0);

env_relocate () /* 重定位环境变量，将其从 NAND 拷贝到内存中 */

…

gd->bd->bi_ip_addr = getenv_IPaddr ("ipaddr"); /* 设置IP地址 */

stdio_init (); /* 初始化外设 */

jumptable_init (); /* 初始化跳转函数表 */

…

console_init_r (); /* 控制台初始化第二阶段 */

…

misc_init_r (); /* 杂项设备初始化, eg:battery */

…

enable_interrupts (); /* 使能中断 */

#ifdef CONFIG_KEDACOM_E2PROM

extern int kd_set_ethaddr();

kd_set_ethaddr();

#endif

…

/* 如果存在则从环境变量中读取装载地址，其默认为 ulong load_addr = CONFIG_SYS_LOAD_ADDR; */

if ((s = getenv ("loadaddr")) != NULL) {

load_addr = simple_strtoul (s, NULL, 16);

}

#if defined(CONFIG_CMD_NET)

if ((s = getenv ("bootfile")) != NULL) {

copy_filename (BootFile, s, sizeof (BootFile));

}

#endif

…

#if defined(CONFIG_CMD_NET)

…

eth_initialize(gd->bd); /* 网络初始化 */

…

#endif

#if defined(CONFIG_BOOTROM_SUPPORT)

extern void download_boot(const int (*handle)(void));

download_boot(NULL);

#endif

product_control();

…

#ifdef CONFIG_PARTTAB_ON_FLASH

partition_check_update_flags();

#endif

/* main_loop() can return to retry autoboot, if so just run it again. */

for (;;) {

main_loop (); /* 进入主循环 common/main.c */

}

start_armboot 最终进入 main_loop 函数，首先判断用户选择的启动模式，如果是命令模式则等待输入命令然后执行，代码如下：

#### u-boot-2010.06\arch\arm\lib\board.c ####

void main_loop (void)

{

…

setenv ("ver", version_string); /* 设置版本信息 */

…

update_tftp ();

….

#if defined(CONFIG_BOOTDELAY) && (CONFIG_BOOTDELAY >= 0)

s = getenv ("bootdelay"); /* 获取bootdelay环境变量的值 */

bootdelay = s ? (int)simple_strtol(s, NULL, 10) : CONFIG_BOOTDELAY; /* 将字符串转换为long类型变量 */

debug ("### main_loop entered: bootdelay=%d\n\n", bootdelay);

debug ("### main_loop: bootcmd=\"%s\"\n", s ? s : "<UNDEFINED>");

/* 倒数读秒，如果delay时间内没有操作，执行run_command命令 */

if (bootdelay >= 0 && s && !abortboot (bootdelay)) {

run_command (s, 0);

}

#endif /* CONFIG_BOOTDELAY */

…

for (;;) {

…

len = readline (CONFIG_SYS_PROMPT); /* 读取输入 */

flag = 0; /* assume no special flags for now */

if (len > 0)

strcpy (lastcommand, console_buffer); /* 将输入保存到历史记录中 */

else if (len == 0)

flag |= CMD_FLAG_REPEAT; /* 如果没有输入则重复上次 */

…

if (len == -1)

puts ("<INTERRUPT>\n");

else

rc = run_command(lastcommand, flag); /* 执行命令 */

lastcommand[0] = 0; /* 将命令置无效命令令其不可重复 */

}

总结，C语言第二阶段代码可以分为以下部分：

为gd、bd数据结构分配地址，并清零
执行 init_fnc_ptr 函数指针数组中的各个初始化函数

板级特殊设备初始化（board_init）、时钟初始化（timer_init）、初始化环境变量（env_init）、串口控制台初始化（init_baudrate、console_init_f）、打印U-Boot信息（display_banner、print_cpuinfo、checkboard）、配置可用RAM大小（dram_init）

对gd , bd 数据结构赋值初始化
各种设备初始化
NAND Flash初始化（nand_init）、MMC初始化（mmc_initialize、mmc_flash_init）、网络初始化（eth_initialize）、初始化串口（serial_init、console_init_r）、初始化其他外设（stdio_init）、杂项设备初始化（misc_init_r）
环境变量代码重定位（env_relocate）
使能中断（enable_interrupts）
进入主循环（main_loop）