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[Linux]u-boot_2014移植(一)分析启动流程

[Linux]u-boot_2014移植(二)分析启动流程

个人博客https://aeneag.xyz/

艾恩凝

2021/6/4

u-boot移植系列目录

一）分析u-boot.lds

本来首先分析启动流程，这个文件需要编译生成出来，第一步是创建单板，生成这个文件在，主目录文件夹下

 1OUTPUT_FORMAT("elf32-littlearm", "elf32-littlearm", "elf32-littlearm")
 2OUTPUT_ARCH(arm)
 3ENTRY(_start)
 4SECTIONS
 5{
 6 . = 0x00000000;
 7 . = ALIGN(4);
 8 .text :
 9 {
10  *(.__image_copy_start)
11  arch/arm/cpu/arm920t/start.o (.text*)
12  board/samsung/smdk2440/built-in.o(.text*)
13  arch/arm/cpu/built-in.o (.text*)
14  *(.text*)
15 }
16 . = ALIGN(4);
17 .rodata : { *(SORT_BY_ALIGNMENT(SORT_BY_NAME(.rodata*))) }
18 . = ALIGN(4);
19 .data : {
20  *(.data*)
21 }
22 . = ALIGN(4);
23 . = .;
24 . = ALIGN(4);
25 .u_boot_list : {
26  KEEP(*(SORT(.u_boot_list*)));
27 }
28 . = ALIGN(4);
29 .image_copy_end :
30 {
31  *(.__image_copy_end)
32 }
33 .rel_dyn_start :
34 {
35  *(.__rel_dyn_start)
36 }
37 .rel.dyn : {
38  *(.rel*)
39 }
40 .rel_dyn_end :
41 {
42  *(.__rel_dyn_end)
43 }
44 _end = .;
45 . = ALIGN(4096);
46 .mmutable : {
47  *(.mmutable)
48 }
49 .bss_start __rel_dyn_start (OVERLAY) : {
50  KEEP(*(.__bss_start));
51  __bss_base = .;
52 }
53 .bss __bss_base (OVERLAY) : {
54  *(.bss*)
55   . = ALIGN(4);
56   __bss_limit = .;
57 }
58 .bss_end __bss_limit (OVERLAY) : {
59  KEEP(*(.__bss_end));
60 }
61 .dynsym _end : { *(.dynsym) }
62 .dynbss : { *(.dynbss) }
63 .dynstr : { *(.dynstr*) }
64 .dynamic : { *(.dynamic*) }
65 .plt : { *(.plt*) }
66 .interp : { *(.interp*) }
67 .gnu : { *(.gnu*) }
68 .ARM.exidx : { *(.ARM.exidx*) }
69 .gnu.linkonce.armexidx : { *(.gnu.linkonce.armexidx.*) }
70}
71

上面会有很多符号，最熟悉的便是_start、__bss_end、__bss_base 等，这些符号用来表示地址，从上面可以看到程序入口是 _start 这个全局符号在arch/arm/cpu/arm920t/start.S 这个汇编文件中。

二）start.S

1）设置异常向量表

 1.globl _start
 2_start:	b	start_code
 3	ldr	pc, _undefined_instruction
 4	ldr	pc, _software_interrupt
 5	ldr	pc, _prefetch_abort
 6	ldr	pc, _data_abort
 7	ldr	pc, _not_used
 8	ldr	pc, _irq
 9	ldr	pc, _fiq
10
11_undefined_instruction:	.word undefined_instruction
12_software_interrupt:	.word software_interrupt
13_prefetch_abort:	.word prefetch_abort
14_data_abort:		.word data_abort
15_not_used:		.word not_used
16_irq:			.word irq
17_fiq:			.word fiq
18
19	.balignl 16,0xdeadbeef

从上面看，开机复位后就跳转到start_code 开始执行，其他的是处理一些异常

2）start_code分析

 1start_code:
 2	/*
 3	 * set the cpu to SVC32 mode
 4	 */
 5	mrs	r0, cpsr
 6	bic	r0, r0, #0x1f
 7	orr	r0, r0, #0xd3
 8	msr	cpsr, r0
 9
10#if	defined(CONFIG_AT91RM9200DK) || defined(CONFIG_AT91RM9200EK)
11	/*
12	 * relocate exception table
13	 */
14	ldr	r0, =_start
15	ldr	r1, =0x0
16	mov	r2, #16
17copyex:
18	subs	r2, r2, #1
19	ldr	r3, [r0], #4
20	str	r3, [r1], #4
21	bne	copyex
22#endif
23
24#ifdef CONFIG_S3C24X0
25	/* turn off the watchdog */
26
27# if defined(CONFIG_S3C2400)
28#  define pWTCON	0x15300000
29#  define INTMSK	0x14400008	/* Interrupt-Controller base addresses */
30#  define CLKDIVN	0x14800014	/* clock divisor register */
31#else
32#  define pWTCON	0x53000000
33#  define INTMSK	0x4A000008	/* Interrupt-Controller base addresses */
34#  define INTSUBMSK	0x4A00001C
35#  define CLKDIVN	0x4C000014	/* clock divisor register */
36# endif
37
38	ldr	r0, =pWTCON
39	mov	r1, #0x0
40	str	r1, [r0]
41
42	/*
43	 * mask all IRQs by setting all bits in the INTMR - default
44	 */
45	mov	r1, #0xffffffff
46	ldr	r0, =INTMSK
47	str	r1, [r0]
48# if defined(CONFIG_S3C2410)
49	ldr	r1, =0x3ff
50	ldr	r0, =INTSUBMSK
51	str	r1, [r0]
52# endif
53
54	/* FCLK:HCLK:PCLK = 1:2:4 */
55	/* default FCLK is 120 MHz ! */
56	ldr	r0, =CLKDIVN
57	mov	r1, #3
58	str	r1, [r0]
59#endif	/* CONFIG_S3C24X0 */
60
61	/*
62	 * we do sys-critical inits only at reboot,
63	 * not when booting from ram!
64	 */
65#ifndef CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT
66	bl	cpu_init_crit
67#endif
68
69	bl	_main

上面部分主要做了

  1. 设置svc管理模式
  2. 关闭看门狗
  3. 关闭中断
  4. 设置时钟频率
  5. cpu_init_crit 禁用Cache和MMU，
  6. cpu_init_crit 中的 lowlevel_init 1）初始化存储控制器 2） _TEXT_BASE 为CONFIG_SYS_TEXT_BASE
  7. 跳转到 _main

3）_main分析

1.设置栈

 1#if defined(CONFIG_SPL_BUILD) && defined(CONFIG_SPL_STACK)
 2	ldr	sp, =(CONFIG_SPL_STACK)
 3#else
 4	ldr	sp, =(CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR)
 5#endif
 6	bic	sp, sp, #7	/* 8-byte alignment for ABI compliance */
 7	sub	sp, sp, #GD_SIZE	/* allocate one GD above SP */
 8	bic	sp, sp, #7	/* 8-byte alignment for ABI compliance */
 9	mov	r9, sp		/* GD is above SP */
10	mov	r0, #0

2.board_init_f 单板初始化

c函数数组init_sequence_f
  1static init_fnc_t init_sequence_f[] = {
  2#ifdef CONFIG_SANDBOX
  3	setup_ram_buf,
  4#endif
  5	setup_mon_len,
  6	setup_fdt,
  7	trace_early_init,
  8#if defined(CONFIG_MPC85xx) || defined(CONFIG_MPC86xx)
  9	/* TODO: can this go into arch_cpu_init()? */
 10	probecpu,
 11#endif
 12	arch_cpu_init,		/* basic arch cpu dependent setup */
 13#ifdef CONFIG_X86
 14	cpu_init_f,		/* TODO(sjg@chromium.org): remove */
 15# ifdef CONFIG_OF_CONTROL
 16	find_fdt,		/* TODO(sjg@chromium.org): remove */
 17# endif
 18#endif
 19	mark_bootstage,
 20#ifdef CONFIG_OF_CONTROL
 21	fdtdec_check_fdt,
 22#endif
 23#if defined(CONFIG_BOARD_EARLY_INIT_F)
 24	board_early_init_f,
 25#endif
 26	/* TODO: can any of this go into arch_cpu_init()? */
 27#if defined(CONFIG_PPC) && !defined(CONFIG_8xx_CPUCLK_DEFAULT)
 28	get_clocks,		/* get CPU and bus clocks (etc.) */
 29#if defined(CONFIG_TQM8xxL) && !defined(CONFIG_TQM866M) \
 30		&& !defined(CONFIG_TQM885D)
 31	adjust_sdram_tbs_8xx,
 32#endif
 33	/* TODO: can we rename this to timer_init()? */
 34	init_timebase,
 35#endif
 36#ifdef CONFIG_ARM
 37	timer_init,		/* initialize timer */
 38#endif
 39#ifdef CONFIG_SYS_ALLOC_DPRAM
 40#if !defined(CONFIG_CPM2)
 41	dpram_init,
 42#endif
 43#endif
 44#if defined(CONFIG_BOARD_POSTCLK_INIT)
 45	board_postclk_init,
 46#endif
 47#ifdef CONFIG_FSL_ESDHC
 48	get_clocks,
 49#endif
 50	env_init,		/* initialize environment */
 51#if defined(CONFIG_8xx_CPUCLK_DEFAULT)
 52	/* get CPU and bus clocks according to the environment variable */
 53	get_clocks_866,
 54	/* adjust sdram refresh rate according to the new clock */
 55	sdram_adjust_866,
 56	init_timebase,
 57#endif
 58	init_baud_rate,		/* initialze baudrate settings */
 59	serial_init,		/* serial communications setup */
 60	console_init_f,		/* stage 1 init of console */
 61#ifdef CONFIG_SANDBOX
 62	sandbox_early_getopt_check,
 63#endif
 64#ifdef CONFIG_OF_CONTROL
 65	fdtdec_prepare_fdt,
 66#endif
 67	display_options,	/* say that we are here */
 68	display_text_info,	/* show debugging info if required */
 69#if defined(CONFIG_8260)
 70	prt_8260_rsr,
 71	prt_8260_clks,
 72#endif /* CONFIG_8260 */
 73#if defined(CONFIG_MPC83xx)
 74	prt_83xx_rsr,
 75#endif
 76#ifdef CONFIG_PPC
 77	checkcpu,
 78#endif
 79#if defined(CONFIG_DISPLAY_CPUINFO)
 80	print_cpuinfo,		/* display cpu info (and speed) */
 81#endif
 82#if defined(CONFIG_MPC5xxx)
 83	prt_mpc5xxx_clks,
 84#endif /* CONFIG_MPC5xxx */
 85#if defined(CONFIG_DISPLAY_BOARDINFO)
 86	checkboard,		/* display board info */
 87#endif
 88	INIT_FUNC_WATCHDOG_INIT
 89#if defined(CONFIG_MISC_INIT_F)
 90	misc_init_f,
 91#endif
 92	INIT_FUNC_WATCHDOG_RESET
 93#if defined(CONFIG_HARD_I2C) || defined(CONFIG_SYS_I2C)
 94	init_func_i2c,
 95#endif
 96#if defined(CONFIG_HARD_SPI)
 97	init_func_spi,
 98#endif
 99#ifdef CONFIG_X86
100	dram_init_f,		/* configure available RAM banks */
101	calculate_relocation_address,
102#endif
103	announce_dram_init,
104	/* TODO: unify all these dram functions? */
105#ifdef CONFIG_ARM
106	dram_init,		/* configure available RAM banks */
107#endif
108#ifdef CONFIG_PPC
109	init_func_ram,
110#endif
111#ifdef CONFIG_POST
112	post_init_f,
113#endif
114	INIT_FUNC_WATCHDOG_RESET
115#if defined(CONFIG_SYS_DRAM_TEST)
116	testdram,
117#endif /* CONFIG_SYS_DRAM_TEST */
118	INIT_FUNC_WATCHDOG_RESET
119
120#ifdef CONFIG_POST
121	init_post,
122#endif
123	INIT_FUNC_WATCHDOG_RESET
124	/*
125	 * Now that we have DRAM mapped and working, we can
126	 * relocate the code and continue running from DRAM.
127	 *
128	 * Reserve memory at end of RAM for (top down in that order):
129	 *  - area that won't get touched by U-Boot and Linux (optional)
130	 *  - kernel log buffer
131	 *  - protected RAM
132	 *  - LCD framebuffer
133	 *  - monitor code
134	 *  - board info struct
135	 */
136	setup_dest_addr,
137#if defined(CONFIG_LOGBUFFER) && !defined(CONFIG_ALT_LB_ADDR)
138	reserve_logbuffer,
139#endif
140#ifdef CONFIG_PRAM
141	reserve_pram,
142#endif
143	reserve_round_4k,
144#if !(defined(CONFIG_SYS_ICACHE_OFF) && defined(CONFIG_SYS_DCACHE_OFF)) && \
145		defined(CONFIG_ARM)
146	reserve_mmu,
147#endif
148#ifdef CONFIG_LCD
149	reserve_lcd,
150#endif
151	reserve_trace,
152	/* TODO: Why the dependency on CONFIG_8xx? */
153#if defined(CONFIG_VIDEO) && (!defined(CONFIG_PPC) || defined(CONFIG_8xx)) \
154		&& !defined(CONFIG_ARM) && !defined(CONFIG_X86)
155	reserve_video,
156#endif
157	reserve_uboot,
158#ifndef CONFIG_SPL_BUILD
159	reserve_malloc,
160	reserve_board,
161#endif
162	setup_machine,
163	reserve_global_data,
164	reserve_fdt,
165	reserve_stacks,
166	setup_dram_config,
167	show_dram_config,
168#ifdef CONFIG_PPC
169	setup_board_part1,
170	INIT_FUNC_WATCHDOG_RESET
171	setup_board_part2,
172#endif
173	setup_baud_rate,
174	display_new_sp,
175#ifdef CONFIG_SYS_EXTBDINFO
176	setup_board_extra,
177#endif
178	INIT_FUNC_WATCHDOG_RESET
179	reloc_fdt,
180	setup_reloc,
181#if !defined(CONFIG_ARM) && !defined(CONFIG_SANDBOX)
182	jump_to_copy,
183#endif
184	NULL,
185};
  1. board_early_init_f函数：完成ARM的时钟频率和IO的设置
  2. timer_init函数：完成定时器4的设置
  3. env_init函数：完成环境变量的设置
  4. init_baud_rate函数：完成波特率的设置
  5. serial_init函数：完成串口通讯的设置
  6. console_init_f函数：完成第一阶段的控制台初始化
  7. display_banner函数：用来打印输出一些信息
  8. print_cpuinfo函数：输出CPU信息
  9. dram_init函数：用来配置SDRAM的大小。
SDRAM地址分配

pic.jpg

2016

sdram2.PNG

重定位

调用C函数jump_to_copy，函数中relocate_code进行重定位

  1. 从NOR FLASH把代码复制到SDRAM
  2. 程序的链接地址是0，访问全局变量、静态变量、调用函数时是使"基于0地址编译得到的地址"
  3. 程序里有些地址在链接时不能确定，要到运行前才能确定：fixabs

3.清除bss段

 1/*
 2 * Set up intermediate environment (new sp and gd) and call
 3 * relocate_code(addr_moni). Trick here is that we'll return
 4 * 'here' but relocated.
 5 */
 6
 7	ldr	sp, [r9, #GD_START_ADDR_SP]	/* sp = gd->start_addr_sp */
 8	bic	sp, sp, #7	/* 8-byte alignment for ABI compliance */
 9	ldr	r9, [r9, #GD_BD]		/* r9 = gd->bd */
10	sub	r9, r9, #GD_SIZE		/* new GD is below bd */
11
12	adr	lr, here
13	ldr	r0, [r9, #GD_RELOC_OFF]		/* r0 = gd->reloc_off */
14	add	lr, lr, r0
15	ldr	r0, [r9, #GD_RELOCADDR]		/* r0 = gd->relocaddr */
16	b	relocate_code
17here:
18
19/* Set up final (full) environment */
20
21	bl	c_runtime_cpu_setup	/* we still call old routine here */
22
23	ldr	r0, =__bss_start	/* this is auto-relocated! */
24	ldr	r1, =__bss_end		/* this is auto-relocated! */
25
26	mov	r2, #0x00000000		/* prepare zero to clear BSS */
27
28clbss_l:cmp	r0, r1			/* while not at end of BSS */
29	strlo	r2, [r0]		/* clear 32-bit BSS word */
30	addlo	r0, r0, #4		/* move to next */
31	blo	clbss_l
32
33	bl coloured_LED_init
34	bl red_led_on

4.board_init_r

init_sequence_r

执行init_sequence_r数组函数进行最后初始化

1.1.1 调用C函数initr_nand：
1.1.1.1 调用C函数nand_init初始化NAND FLASH
1.1.1.1.1 调用C函数nand_init_chip选中NAND FLASH
1.1.1.1.1.1调用C函数board_nand_init初始化时序
1.1.1.1.1.2 调用C函数nand_scan扫描NAND FALSH
1.1.1.1.1.2.1 调用C函数nand_scan_ident
1.1.1.1.1.2.1.1 调用C函数nand_set_defaults设置默认功能
1.1.1.1.1.2.1.1.1 C函数nand_command,发命令or来发列地址、行地址
1.1.1.1.1.2.1.2 调用C函数nand_get_flash_type读出NAND FALSH类型
1.1.1.1.1.3 调用C函数nand_register注册NAND FALSH
1.1.2 调用C函数initr_env初始化环境参数
1.1.2.1 调用C函数set_default_env设置默认环境变量
1.1.3 调用C函数initr_net初始化网卡
1.1.3.1 调用C函数eth_initialize
1.1.3.1.1 调用C函数board_eth_init初始化CS8900网卡
1.1.4 调用C函数run_main_loop,这就是最后的循环命令行窗口那

主要工作就是

  1. 设置单板id
  2. 初始化串口
  3. 初始化堆内存
  4. 初始化外部存储设备
  5. 环境变量的重定位
  6. 网卡初始化
  7. 进入main_loop循环

三）end

分析终于结束了，这就是大体的uboot启动流程

u-boot移植系列目录

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