2021年07月30日 | 移植uboot-分析uboot启动流程(详解)

本节总结:

uboot启动流程如下:

1)设置CPU为管理模式

2)关看门狗

3)关中断

4）设置时钟频率   

5)关mmu,初始化各个bank

6)进入board_init_f()函数 (初始化定时器,GPIO,串口等,划分内存区域)

7)重定位     复制uboot,然后修改SDRAM上的uboot链接地址)

8)清bss

9)跳转到board_init_r()函数,启动流程结束

1.首先来安装arm-linux-gcc-4.3.2交叉编译器

mkdir  arm-linux-gcc-4.3.2                 //创建目录

tar -xjf  arm-linux-gcc-4.3.2.tar.bz2 -C arm-linux-gcc-4.3.2/  //解压到arm-linux-gcc-4.3.2目录下

然后添加环境变量:

有两种方法,第一种只是临时修改,重启虚拟机便会复位:

export PATH=/arm-linux-gcc-4.3.2/usr/local/arm/4.3.2/bin:/usr/sbin:/usr/bin... ...

             //将arm-linux-gcc-4.3.2添加到环境变量

第二种,重启不复位:

vi /etc/environment

添加:

PATH=/arm-linux-gcc-4.3.2/usr/local/arm/4.3.2/bin:/usr/sbin:/usr/bin... ...

                   //将arm-linux-gcc-4.3.2添加到环境变量

2.然后进入ftp://ftp.denx.de/pub/u-boot/来下载u-boot-2012.04.01

2.1.创建source insight工程,来看代码

1)在board 目录下只添加:

board/samsung/smdk2410/               // (2410单板文件)

2)在arch 目录下只添加:

arch/arm/cpu/arm920t/                //(只添加这个目录下的*.c,*.S公用文件)                

arch/arm/cpu/arm920t/s3c24x0/        //(24x0架构所有文件)

arch/arm/include/asm/                //(只添加这个目录下的*.h公用头文件)

arch/arm/include/asm/proc-armv/      //(arm架构的文件)

arch/arm/include/asm/arch-s3c24x0/   //(24x0架构头文件)

arch/arm/lib/                        //(与arm相关的库文件)

3)在include/configs目录下只添加:

include/configs/smdk2410.h              // (用来配置2410单板的头文件)

2.2编译烧写:

tar xjf u-boot-2012.04.01.tar.bz2

cd u-boot-2012.04.01                 //进入解压后文件目录

make smdk2410_config                 //由于该uboot不支持2440板卡,所以只有配置2410板卡

make                                 //编译,生成u-boot.bin

3.最后烧写u-boot.bin,发现无法启动,接下来便来分析uboot的启动流程

4.首先查看arch/arm/cpu/u-boot.lds链接脚本

如下图所示,看到uboot最开始会进入_start:

5. _start位于arch/arm/cpu/arm920t/start.S         

所以,我们从start.S开始分析uboot启动流程:

.globl _start                                //声明_start全局符号,这个符号会被lds链接脚本用到

_start:    

b     start_code                            //跳转到start_code符号处,0x00

       ldr   pc, _undefined_instruction                    //0x04

       ldr   pc, _software_interrupt                       //0x08

       ldr   pc, _prefetch_abort                           //0x0c

       ldr   pc, _data_abort                               //0x10

       ldr   pc, _not_used                                 //0x14

       ldr   pc, _irq                                      //0x18

       ldr   pc, _fiq                                      //0x20

_undefined_instruction:  .word undefined_instruction

           //定义_undefined_instruction指向undefined_instruction(32位地址)

_software_interrupt:      .word software_interrupt

_prefetch_abort:    .word prefetch_abort

_data_abort:          .word data_abort

_not_used:             .word not_used

_irq:               .word irq

_fiq:               .word fiq

   .balignl 16,0xdeadbeef        //balignl使用，参考http://www.cnblogs.com/lifexy/p/7171507.html

其中符号保存的地址都在顶层目录/system.map中列出来了

6. 从上面看到, _start会跳转到start_code处

start_code:

    /*设置CPSR寄存器,让CPU进入管理模式*/

       mrs  r0, cpsr                 //读出cpsr的值

       bic   r0, r0, #0x1f           //清位

       orr   r0, r0, #0xd3          //位或

       msr  cpsr, r0                 //写入cpsr

#if   defined(CONFIG_AT91RM9200DK) || defined(CONFIG_AT91RM9200EK)

       /*

        * relocate exception table

        */

       ldr   r0, =_start            

       ldr   r1, =0x0                //r1等于异常向量基地址

       mov r2, #16

copyex:

       subs       r2, r2, #1           //减16次,s表示每次减都要更新条件标志位

       ldr   r3, [r0], #4       

       str   r3, [r1], #4      //将_start标号后的16个符号存到异常向量基地址0x0~0x3c处

       bne  copyex             //直到r2减为0

#endif

#ifdef CONFIG_S3C24X0

       /* 关看门狗*/

#  define pWTCON       0x53000000

#  define INTMSK 0x4A000008    /* Interrupt-Controller base addresses */

#  define INTSUBMSK  0x4A00001C

#  define CLKDIVN       0x4C000014    /* clock divisor register */

       ldr   r0, =pWTCON       

       mov r1, #0x0        

       str   r1, [r0]           //关看门狗,使WTCON寄存器=0

       /*关中断*/

       mov r1, #0xffffffff

       ldr   r0, =INTMSK

       str   r1, [r0]                  //关闭所有中断

# if defined(CONFIG_S3C2410)

       ldr   r1, =0x3ff

       ldr   r0, =INTSUBMSK

       str   r1, [r0]                  //关闭次级所有中断

# endif

    /* 设置时钟频率, FCLK:HCLK:PCLK = 1:2:4 ,而FCLK默认为120Mhz*/

       ldr   r0, =CLKDIVN

       mov r1, #3

       str   r1, [r0]

 #ifndef CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT

       bl    cpu_init_crit                         //关闭mmu,并初始化各个bank

#endif

call_board_init_f:

       ldr   sp, =(CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR) //CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR=0x30000f80

       bic   sp, sp, #7         //sp=0x30000f80

       ldr   r0,=0x00000000

       bl    board_init_f

上面的CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR =0x30000f80,是通过arm-linux-objdump -D u-boot>u-boot.dis生成反汇编,然后从u-boot.dis得到的,如下图所示:

7.然后进入第一个C函数:board_init_f()

该函数主要工作是：

清空gd指向的结构体、通过init_sequence函数数组,来初始化各个函数以及逐步填充gd结构体，最后划分内存区域,将数据保存在gd里,然后调用relocate_code()对uboot重定位

(gd是用来传递给内核的参数)

1)具体代码如下所示:

void board_init_f(ulong bootflag) // bootflag=0x00000000

{

       bd_t *bd;

       init_fnc_t **init_fnc_ptr;         //函数指针

       gd_t *id;

       ulong addr, addr_sp;

#ifdef CONFIG_PRAM

       ulong reg;

#endif

       bootstage_mark_name(BOOTSTAGE_ID_START_UBOOT_F, "board_init_f");

       /* Pointer is writable since we allocated a register for it */

       gd = (gd_t *) ((CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR) & ~0x07);

其中gd是一个全局变量,用来传递给内核的参数用的,如下图所示,在arch/arn/include/asm/global_data.h中定义,*gd指向r8寄存器,所以r8专门提供给gd使用

而CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR,在6节里得到=0x30000f80,所以gd=0x30000f80

2)继续来看board_init_f():

      __asm__ __volatile__("": : :"memory");           //memory:让cpu重新读取内存的数据

      memset((void *)gd, 0, sizeof(gd_t));        //将0x30000f80地址上的gd_t结构体清0

      gd->mon_len = _bss_end_ofs;  

         // _bss_end_ofs =__bss_end__ - _start,在反汇编找到等于0xae4e0,所以mon_len等于uboot的数据长度

      gd->fdt_blob = (void *)getenv_ulong("fdtcontroladdr", 16, (uintptr_t)gd->fdt_blob);

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

            //调用init_sequence[]数组里的各个函数

      {

              if ((*init_fnc_ptr)() != 0)     //执行函数,若函数执行出错,则进入hang()

             {    

　　　　　　　　　　 hang ();   //打印错误信息,然后一直while

             }

       }

上面的init_sequence[]数组里存了各个函数,比如有:

board_early_init_f():设置系统时钟,设置各个GPIO引脚

timer_init():初始化定时器