uboot 的啟動過程及工作原理

啟動模式介紹

大多數 Boot Loader 都包含兩種不同的操作模式："啟動加載"模式和"下載下傳"模式，這種差別僅對于開發人 員才有意義。但從最終使用者的角度看，Boot Loader 的作用就是用來加載作業系統，而并不存在所謂的啟動加 載模式與下載下傳工作模式的差別。

啟動加載（Boot loading）模式：這種模式也稱為"自主"（Autonomous）模式。也即 Boot Loader 從目标機 上的某個固态儲存設備上将作業系統加載到 RAM 中運作，整個過程并沒有使用者的介入。這種模式是 Boot Loader 的正常工作模式，是以在嵌入式産品釋出的時侯，Boot Loader 顯然必須工作在這種模式下。

下載下傳（Downloading）模式：在這種模式下，目标機上的 Boot Loader 将通過序列槽連接配接或網絡連接配接等通信手 段從主機（Host）下載下傳檔案，比如：下載下傳核心映像和根檔案系統映像等。從主機下載下傳的檔案通常首先被 Boot Loader 儲存到目标機的 RAM 中，然後再被 BootLoader 寫到目标機上的 FLASH 類固态儲存設備中。Boot Loader 的這種模式通常在第一次安裝核心與根檔案系統時被使用；此外，以後的系統更新也會使用 Boot Loader 的這種工作模式。工作于這種模式下的 Boot Loader 通常都會向它的終端使用者提供一個簡單的指令 行接口。

U­Boot 這樣功能強大的 Boot Loader 同時支援這兩種工作模式，而且允許使用者在這兩種工作模式之間進行

切換。

大多數 bootloader 都分為階段 1(stage1)和階段 2(stage2)兩大部分，u­boot 也不例外。依賴于 CPU 體系結構 的代碼（如 CPU 初始化代碼等）通常都放在階段 1 中且通常用彙編語言實作，而階段 2 則通常用 C 語言來實 現，這樣可以實作複雜的功能，而且有更好的可讀性和移植性。

 階段 1 介紹

u­boot 的 stage1 代碼通常放在 start.s 檔案中，它用彙編語言寫成，其主要代碼部分如下：

 定義入口

由于一個可執行的 Image 必須有一個入口點，并且隻能有一個全局入口，通常這個入口放在 ROM(Flash)的 0x0

位址，是以，必須通知編譯器以使其知道這個入口，該工作可通過修改連接配接器腳本來完成。

1. board/crane2410/u­boot.lds:  ENTRY(_start)   ==> cpu/arm920t/start.S: .globl _start
2. uboot 代碼區（TEXT_BASE = 0x33F80000）定義在 board/crane2410/config.mk

 設定異常向量

_start: b	reset	@ 0x00000000
ldr	pc, _undefined_instruction	@ 0x00000004
ldr	pc, _software_interrupt	@ 0x00000008
ldr	pc, _prefetch_abort	@ 0x0000000c
ldr	pc, _data_abort	@ 0x00000010
ldr	pc, _not_used	@ 0x00000014
ldr	pc, _irq	@ 0x00000018
ldr	pc, _fiq	@ 0x0000001c

當發生異常時，執行 cpu/arm920t/interrupts.c 中定義的中斷處理函數。

設定 CPU 的模式為 SVC 模式

mrs     r0,cpsr

bic     r0,r0,#0x1f

orr     r0,r0,#0xd3

msr     cpsr,r0

 關閉看門狗

#if defined(CONFIG_S3C2400) || defined(CONFIG_S3C2410) ldr r0, =pWTCON

mov     r1, #0x0    @ 根據三星手冊進行調置。 str r1, [r0]

 禁掉所有中斷

mov     r1, #0xffffffff

ldr     r0, =INTMSK

str     r1, [r0]

# if defined(CONFIG_S3C2410) ldr r1, =0x3ff

ldr     r0, =INTSUBMSK

str     r1, [r0]

 設定以 CPU 的頻率

預設頻率為 FCLK:HCLK:PCLK = 1:2:4，預設 FCLK 的值為 120 MHz，該值為 S3C2410 手冊的推薦值。 ldr   r0, =CLKDIVN

mov     r1, #3

str     r1, [r0]

 設定 CP15

設定 CP15, 失效指令(I)Cache 和資料(D)Cache 後, 禁止 MMU 與 Cache。

cpu_init_crit:

mov     r0, #0

mcr     p15, 0, r0, c7, c7, 0   mcr p15, 0, r0, c8, c7, 0                     

mrc     p15, 0, r0, c1, c0, 0

bic     r0, r0, #0x00002300   

bic     r0, r0, #0x00000087   

orr     r0, r0, #0x00000002     orr r0, r0, #0x00001000               

mcr     p15, 0, r0, c1, c0, 0

 配置記憶體區控制寄存器

配置記憶體區控制寄存器，寄存器的具體值通常由開發闆廠商或硬體工程師提供. 如果您對總線周期及外圍 晶片非常熟悉, 也可以自己确定, 在 U­BOOT 中的設定檔案是 board/crane2410/lowlevel_init.S, 該檔案包含 lowleve_init 程式段. 詳細寄存器設定及值的解釋見 3.2.2 啟動 AXD 配置開發闆一節中的第 5 點.

mov     ip, lr

bl      lowlevel_init

mov     lr, ip

 安裝 U-BOOT 使的棧空間

下面這段代碼隻對不是從 Nand Flash 啟動的代碼段有意義，對從 Nand Flash 啟動的代碼，沒有意義。因為

從 Nand Flash 中把 UBOOT 執行代碼搬移到 RAM,由 2.1.9 中代碼完成.

#ifndef CONFIG_SKIP_RELOCATE_UBOOT

...

#endif stack_setup:

ldr    r0, _TEXT_BASE             sub       r0, r0, #CFG_MALLOC_LEN    

sub    r0, r0, #CFG_GBL_DATA_SIZE 

#ifdef CONFIG_USE_IRQ

sub    r0, r0, #(CONFIG_STACKSIZE_IRQ+CONFIG_STACKSIZE_FIQ)

#endif

sub    sp, r0, #12               

 BSS 段清 0

clear_bss:

ldr    r0, _bss_start       ldr       r1, _bss_end        

mov    r2, #0x00000000           

clbss_l:str   r2, [r0]            add       r0, r0, #4

cmp    r0, r1

ble    clbss_l

 搬移 Nand Flash 代碼

從 Nand Flash 中, 把資料拷貝到 RAM, 是由 copy_myself 程式段完成, 該程式段詳細解釋見:第七部分的 3.1 節.

#ifdef CONFIG_S3C2410_NAND_BOOT

bl    copy_myself

@ jump to ram

ldr   r1, =on_the_ram add  pc, r1, #0

nop nop

1:    b     1b         @ infinite loop

on_the_ram:

#endif

2.2.12 進入 C 代碼部分

ldr     pc, _start_armboot

_start_armboot: .word start_armboot

階段 2 的 C 語言代碼部分

lib_arm/board.c 中的 start armboot 是 C 語言開始的函數，也是整個啟動代碼中 C 語言的主函數，同時還是整個 u­boot(armboot）的主函數，該函數主要完成如下操作：

 調用一系列的初始化函數

1. 指定初始函數表：

init_fnc_t *init_sequence[] = {

cpu_init,          

board_init, interrupt_init,       env_init,             init_baudrate,        serial_init,  console_init_f, display_banner, dram_init,                    display_dram_config,

#if defined(CONFIG_VCMA9) || defined (CONFIG_CMC_PU2) checkboard,

#endif

};

NULL,

執行初始化函數的代碼如下：

for (init_fnc_ptr = init_sequence; *init_fnc_ptr; ++init_fnc_ptr) { if ((*init_fnc_ptr)() != 0) {

hang ();

}

}

2. 配置可用的 Flash 區

flash_init ()

3. 初始化記憶體配置設定函數

mem_malloc_init()

4. nand flash 初始化

#if (CONFIG_COMMANDS & CFG_CMD_NAND) puts ("NAND:");

nand_init();             見第七部分 3.2.3 節中的第 3 點 nand_init()函數.

5. 初始化環境變量

env_relocate ();

6.  外圍裝置初始化

devices_init()

7. I2C 總線初始化 i2c_init();

1. LCD 初始化 drv_lcd_init();

1. VIDEO 初始化 drv_video_init();

10. 鍵盤初始化 drv_keyboard_init();

11. 系統初始化 drv_system_init();

初始化網絡裝置

初始化相關網絡裝置，填寫 IP、MAC 位址等。 1. 設定 IP 位址

gd->bd->bi_ip_addr = getenv_IPaddr ("ipaddr");

{

int i; ulong reg;

char *s, *e; uchar tmp[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;

}

}

 進入主 UBOOT 指令行

進入指令循環（即整個 boot 的工作循環），接受使用者從序列槽輸入的指令，然後進行相應的工作。

for (;;) {

main_loop ();

}

代碼搬運

為了支援 NAND flash 起動，S3C2410 内建了内部的 4k 的 SRAM 緩存“Steppingstone”。當起動時，NAND flash 最初的 4k 位元組将被讀入”Steppingstone”然後開始執行起動代碼。通常起動代碼會把 NAND flash 中的内容 拷到 SDRAM 中以便執行主代碼。

使用硬體的 ECC, NAND flash 中的資料的有效性将會得到檢測。

功能

1. NAND flash 模式：支援讀/删除/程式設計 NAND Flash

2. 自動起動模式：在複位時起動代碼将被讀入”Steppingstone”中，然後開始執行起動代碼。

3. 硬體 ECC 檢測子產品（硬體檢測，軟體糾正）

4. “Steppingstone” 4­KB 内部 SRAM 在起動後可以另外使用。

轉載于:https://www.cnblogs.com/niezhongle/p/11088687.html