Uboot启动流程分析（基于u-boot1.1.4）.doc
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Uboot启动流程分析（基于u-boot1.1.4）
先分析一下u-boot启动的两个阶段，分别对应start.S和board.c这两个文件。
先看board/smsk2410/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。
OUTPUT_FORMAT（"elf32-littlearm","elf32-littlearm","elf32-littlearm"）
/*OUTPUT_FORMAT（"elf32-arm","elf32-arm","elf32-arm"）*/
OUTPUT_ARCH（arm）
ENTRY（_start）
SECTIONS
{
.=0x00000000;/*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*/
.=ALIGN（4）;
.text:
{
cpu/arm920t/start.o（.text）
*（.text）
}
.=ALIGN（4）;
.rodata:
{*（.rodata）}
.=ALIGN（4）;
.data:
{*（.data）}
.=ALIGN（4）;
.got:
{*（.got）}
.=.;
__u_boot_cmd_start=.;
.u_boot_cmd:
{*（.u_boot_cmd）}
__u_boot_cmd_end=.;
.=ALIGN（4）;
__bss_start=.;
.bss:
{*（.bss）}
_end=.;
}
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。
下面详细分析一下程序跳转和函数的调用关系以及函数实现。
1．Stage1：
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。
U-Boot启动代码流程图
_start:
breset//复位向量;;设置异常向量表
ldrpc,_undefined_instruction
ldrpc,_software_interrupt
ldrpc,_prefetch_abort
ldrpc,_data_abort
ldrpc,_not_used
ldrpc,_irq//中断向量
ldrpc,_fiq//中断向量
…
/*theactualresetcode*/
reset:
//复位启动子程序
/*设置CPU为SVC32模式*/
mrsr0,cpsr
bicr0,r0,#0x1f;;位清除，将某些位的值置0：
r0=r0AND（!
0x1f）
orrr0,r0,#0xd3;;逻辑或，将r0与立即数进行逻辑或，放在r0中（第一个）
msrcpsr,r0
/*关闭看门狗*/
/*turnoffthewatchdog*/
#ifdefined（CONFIG_S3C2400）
#definepWTCON0x15300000
#defineINTMSK0x14400008/*Interupt-Controllerbaseaddresses*/
#defineCLKDIVN0x14800014/*clockdivisorregister*/
#elifdefined（CONFIG_S3C2410）
#definepWTCON0x53000000
#defineINTMSK0x4A000008/*Interupt-Controllerbaseaddresses*/
#defineINTSUBMSK0x4A00001C
#defineCLKDIVN0x4C000014/*clockdivisorregister*/
#endif
#ifdefined（CONFIG_S3C2400）||defined（CONFIG_S3C2410）
ldrr0,=pWTCON
movr1,#0x0
strr1,[r0]
/*禁止所有中断和设置CPU频率*/
/*
*maskallIRQsbysettingallbitsintheINTMR-default
*/
movr1,#0xffffffff
ldrr0,=INTMSK
strr1,[r0]
#ifdefined（CONFIG_S3C2410）
ldrr1,=0x3ff
ldrr0,=INTSUBMSK
strr1,[r0]
#endif
/*FCLK:
HCLK:
PCLK=1:
2:
4*/;;FCLK用于CPU，HCLK用于AHB，PCLK用于APB
/*defaultFCLKis120MHz!
*/
ldrr0,=CLKDIVN;;根据硬件手册来设置CLKDIVN寄存器
movr1,#3;;用户手册的推荐值
strr1,[r0]
#endif/*CONFIG_S3C2400||CONFIG_S3C2410*/
/*这些初始化代码在系统重起的时候执行，运行时热复位从RAM中启动不执行*/
/*
*wedosys-criticalinitsonlyatreboot,
*notwhenbootingfrom
*/
#ifndefCONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT
blcpu_init_crit;;跳转去初始化CPU
#endif
;;#ifdefCONFIG_INIT_CRITICAL原文中的，估计是1.1.16版本的
;;blcpu_init_crit
;;#endif
/*CPU和RAM两个关键的初始化子程序*/
/*初始化CPU*/
cpu_init_crit:
/*
*flushv4I/Dcaches设置CP15
*/
movr0,#0
mcrp15,0,r0,c7,c7,0/*flushv3/v4cache*/;;使I/Dcache失效：
将寄存器r0的数据传送到协处理器p15的c7中。
C7寄存器位对应cp15中的cache控制寄存器
mcrp15,0,r0,c8,c7,0/*flushv4TLB*/;;使TLB操作寄存器失效：
将r0数据送到cp15的c8、c7中。
C8对应TLB操作寄存器
/*
*disableMMUstuffandcaches禁止MMU和caches
*/
mrcp15,0,r0,c1,c0,0;;先把c1和c0寄存器的各位置0（r0=0）
bicr0,r0,#0x00002300@clearbits13,9:
8（--V---RS）
bicr0,r0,#0x00000087@clearbits7,2:
0（B----CAM）;;这里我本来有个疑问：
为什么要分开设置。
因为arm汇编要求的立即数格式所决定的
orrr0,r0,#0x00000002@setbit2（?
?
）（A）Align;;上一条已经设置bit1为0，这一条又设置为1？
？
orrr0,r0,#0x00001000@setbit12（I）I-Cache
mcrp15,0,r0,c1,c0,0;;用上面（见下面）设定的r0的值设置c1？
？
（cache类型寄存器）和c0（control字寄存器），以下为c0的位定义
;;bit8:
0=DisableSystemprotection
;;bit9:
0=DisableROMprotection
;;bit0:
0=MMUdisabled
;;bit1:
0=Faultcheckingdisabled禁止纠错
;;bit2:
0=Datacachedisabled
;;bit7:
0=Little-endianoperation
;;bit12:
1=Instructioncacheenabled
/*配置内存区控制寄存器？
？
有待分析，是1.1.4版本的
*beforerelocating,wehavetosetupRAMtiming
*becausememorytimingisboard-dependend,youwill
*findalowlevel_init.Sinyourboarddirectory.
*/
movip,lr
bllowlevel_init;;位于board/smdk2410/lowlevel_init.S：
用于完成芯片存储器的初始化，执行完成后返回
movlr,ip
movpc,lr
relocate:
/*把U-Boot重新定位到RAM*/
adrr0,_start/*r0是代码的当前位置*/;;adr伪指令，汇编器自动通过当前PC的值算出如果执行到_start时PC的值，放到r0中：
当此段在flash中执行时r0=_start=0；当此段在RAM中执行时_start=_TEXT_BASE（在board/smdk2410/config.mk中指定的值为0x33F80000，即u-boot在把代码拷贝到RAM中去执行的代码段的开始）
ldrr1,_TEXT_BASE/*测试判断是从Flash启动，还是RAM*/;;此句执行的结果r1始终是0x33FF80000，因为此值是又编译器指定的（ads中设置，或-D设置编译器参数）
cmpr0,r1/*比较r0和r1，调试的时候不要执行重定位*/
beqstack_setup/*如果r0等于r1，跳过重定位代码*/
/*准备重新定位代码*/;;以上确定了复位启动代码是在flash中执行的（是系统重启，而不是软复位），就需要把代码拷贝到RAM中去执行，以下为计算即将拷贝的代码的长度
ldrr2,_armboot_start;;前面定义了，就是_start
ldrr3,_bss_start;;所谓bss段，就是未被初始化的静态变量存放的地方，这个地址是如何的出来的？
根据board/smsk2410/u-boot.lds内容？
subr2,r3,r2/*r2得到armboot的大小*/
addr2,r0,r2/*r2得到要复制代码的末尾地址*/
copy_loop:
/*重新定位代码*/;;开始循环拷贝启动的代码到RAM中
ldmia{r3-r10}/*从源地址[r0]复制*/;;r0指向_start（=0）
stmia{r3-r10}/*复制到目的地址[r1]*/;;r1指向_TEXT_BASE（=0x33F80000）
cmpr0,r2/*复制数据块直到源数据末尾地址[r2]*/
blecopy_loop
;;这里附上u-boot各存储区域的映射图，从网上找的，这下对于这几个地址的位置就一目了然了，对于我这种菜鸟真的是好图啊！
/*初始化堆栈等*/
stack_setup:
ldrr0,_TEXT_BASE/*上面是128KiB重定位的u-boot*/
subr0,r0,#CFG_MALLOC_LEN/*向下是内存分配空间*/
subr0,r0,#CFG_GBL_DATA_SIZE/*然后是bdinfo结构体地址空间*/
#ifdefCONFIG_USE_IRQ
subr0,r0,#（CONFIG_STACKSIZE_IRQ+CONFIG_STACKSIZE_FIQ）
#endif ;;这些宏定义在/include/configs/smdk2410.h中：
#defineCFG_MALLOC_LEN （CFG_ENV_SIZE+128*1024） ;;64K+128K=0xC0
#defineCFG_ENV_SIZE 0x10000 /*TotalSizeofEnvironmentSector64k*/
#defineCONFIG_STACKSIZE （128*1024） /*regularstack128k*/
#defineCFG_GBL_DATA_SIZE 128 /*sizeinbytesreservedforinitialdata*/
用0x33F8000–0xC0–0x80得到_TEXT_BASE向下（低地址）的堆栈指针sp的起点地址
subsp,r0,#12/*为abort-stack预留3个字*/ ;;得到最终sp指针初始值
clear_bss:
ldrr0,_bss_start/*找到bss段起始地址*/
ldrr1,_bss_end/*bss段末尾地址*/
movr2,#0x00000000/*清零*/
clbss_l:
strr2,[r0]/*bss段地址空间清零循环...*/
addr0,r0,#4
cmpr0,r1
bneclbss_l
/*跳转到start_armboot函数入口，_start_armboot字保存函数入口指针*/
ldrpc,_start_armboot
_start_armboot:
.wordstart_armboot;;start_armboot函数在lib_arm/board.c中实现
2．Stage2：
lib_arm/board.c
此文件是u-bootStage2部分，入口为Stage1最后调用的start_armboot函数。
注意上面最后ldr到pc的是_start_armboot这个地址，而非start_armboot变量。
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。
voidstart_armboot（void）
{
DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR;
//此宏定义了一个gd_t类型的指针*gd，并指名用r8寄存器来存储：
#defineDECLARE_GLOBAL_DATA_PTRregistervolatilegd_t*gdasm（"r8"）
ulongsize;
init_fnc_t**init_fnc_ptr;
char*s;
/*Pointeriswritablesinceweallocatedaregisterforit 上面那个宏的作用*/
gd=（gd_t*）（_armboot_start-CFG_MALLOC_LEN-sizeof（gd_t））;
//此C语句引用的是start.S中的地址标号_armboot_start，但是得到的却是其中所指的变量_start的值（在RAM中，_start=0x33F80000）。
Ps：
_armboot_start:
.word_start
//gd是全局变量，位置在堆栈区以下（低地址）：
typedefstructglobal_data{
bd_t*bd;
unsignedlongflags;
unsignedlongbaudrate;
unsignedlonghave_console;/*serial_init（）wascalled*/
unsignedlongreloc_off;/*RelocationOffset*/ //此变量有什么用？
unsignedlongenv_addr;/*AddressofEnvironmentstruct*/
unsignedlongenv_valid;/*ChecksumofEnvironmentvalid?
*/
unsignedlongfb_base;/*baseaddressofframebuffer*/
#ifdefCONFIG_VFD
unsignedcharvfd_type;/*displaytype*/
#endif
#if0
unsignedlongcpu_clk;/*CPUclockinHz!
*/
unsignedlongbus_clk;
unsignedlongram_size;/*RAMsize*/
unsignedlongreset_status;/*resetstatusregisteratboot*/
#endif
void**jt;/*jumptable*/
}gd_t;
/*compileroptimizationbarrierneededforGCC>=3.4*/
__asm____volatile__（"":
:
:
"memory"）;
memset（（void*）gd,0,sizeof（gd_t））;
gd->bd=（bd_t*）（（char*）gd-sizeof（bd_t））; //得到bd的起点
memset（gd->bd,0,sizeof（bd_t））;
monitor_flash_len=_bss_start-_armboot_start;
/*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（）; //初始化Norflash的函数，函数实现在下面
display_flash_config（size）; //打印到控制台：
Flash:
512kB
/*_armboot_start在u-boot.lds链接脚本中定义*/
mem_malloc_init（_armboot_start-CFG_MALLOC_LEN）; //将CFG_MALLOC_LEN区域用memset函数清零（直接往目的地址写0）
/*配置环境变量，重新定位*/
env_relocate（）; //刚才的初始化函数中有一个是env_init（），根据CRC校验来初始化gd->env_addr变量（自己设定的还是初始值），此函数是作用是将环境变量值从某个flash和RAM之间的拷贝。
下图描述了ENV的初始化过程：
/*从环境变量中获取IP地址，放到全局变量gd中*/
gd->bd->bi_ip_addr=getenv_IPaddr（"ipaddr"）;
/*以太网接口MAC地址，放到全局变量gd中，实现过程有待研究*/
{
inti;
ulongreg;
char*s,*e;
uchartmp[64];
i=getenv_r（"ethaddr",tmp,sizeof（tmp））;
s=（i>0）?
tmp:
NULL;
for（reg=0;reg<6;++reg）{
gd->bd->bi_enetaddr[reg]=s?
simple_strtoul（s,&e,16）:
0;
if（s）
s=（*e）?
e+1:
e;
}
}
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（）;/*使能例外处理*/
/*通过环境变量初始化*/
if（（s=getenv（"loadaddr"））!
=NULL）{
load_addr=simple_strtoul（s,NULL,16）;
}
//以上几个初始化函数有待研究
/*main_loop（）总是试图自动
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