基于ARM9 2410之上uboot移植全過程解析

uboot 移植全過程---基于ARM9 2410

uboot@localhost ~]#mkdir -p dev_home/uboot?

[uboot@localhost ~]#cd dev_home/uboot?

從下面地址下載u-boot 的源代碼。??

[uboot@localhost uboot]#tar -xjvf u-boot-1.1.4.tar.bz2?

[uboot@localhost uboot]#cd u-boot-1.1.4?

1.3 u-boot 體系結(jié)構(gòu)?

1.3.1 u-boot 目錄結(jié)構(gòu)?

1. 目錄樹?

[uboot@localhost u-boot-1.1.4]#tree -L 1 -d?
.?
|-- board?

|-- common?

|-- cpu?

|-- disk?

|-- doc?

|-- drivers?

|-- dtt?

|-- examples?

|-- fs?

|-- include?

|-- lib_arm?

|-- lib_generic?

|-- lib_i386?

|-- lib_m68k?

|-- lib_microblaze?

|-- lib_mips?

|-- lib_nios?

|-- lib_nios2?

|-- lib_ppc?

|-- net?

|-- post?

|-- rtc?

`-- tools?
2. board：和一些已有開發(fā)板有關(guān)的文件. 每一個(gè)開發(fā)板都以一個(gè)子目錄出現(xiàn)在當(dāng)前目錄中，比如說:SMDK2410, 子目錄中存放與開發(fā)板相關(guān)的配置文件.?
3. common：實(shí)現(xiàn)u-boot 命令行下支持的命令，每一條命令都對應(yīng)一個(gè)文件。例如bootm 命令對應(yīng)就是 cmd_bootm.c 。?
4. cpu：與特定CPU 架構(gòu)相關(guān)目錄，每一款U-boot 下支持的CPU 在該目錄下對應(yīng)一個(gè)子目錄，比如有子目錄 arm920t 等。?
5. disk：對磁盤的支持。?
5. doc：文檔目錄。U-boot 有非常完善的文檔，推薦大家參考閱讀。?
6. drivers：U-boot 支持的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序都放在該目錄，比如各種網(wǎng)卡、支持CFI 的Flash 、串口和USB 等。?
7. fs: 支持的文件系統(tǒng)，U-boot 現(xiàn)在支持cramfs 、fat 、fdos 、jffs2 和registerfs 。?
8. include：U-boot 使用的頭文件，還有對各種硬件平臺支持的匯編文件，系統(tǒng)的配置文件和對文件系統(tǒng)支持的文件。該目錄下configs? 目錄有與開發(fā)板相關(guān)的配置頭文件，如smdk2410.h 。該目錄下的asm? 目錄有與CPU 體?
系結(jié)構(gòu)相關(guān)的頭文件，asm 對應(yīng)的是asm-arm.?
9. lib_xxxx: 與體系結(jié)構(gòu)相關(guān)的庫文件。如與ARM 相關(guān)的庫放在lib_arm 中。?
10. net：與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧相關(guān)的代碼，BOOTP 協(xié)議、TFTP 協(xié)議、RARP 協(xié)議和NFS 文件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。?
11. tools：生成U-boot 的工具，如：mkimage, crc 等等。?

2 uboot 的啟動(dòng)過程及工作原理?

2.1 啟動(dòng)模式介紹?

大多數(shù) Boot Loader 都包含兩種不同的操作模式："啟動(dòng)加載"模式和"下載"模式，這種區(qū)別僅對于開發(fā)人員才有意義。但從最終用戶的角度看，Boot Loader 的作用就是用來加載操作系統(tǒng)，而并不存在所謂的啟動(dòng)加 載模式與下載工作模式的區(qū)別。?

??? 啟動(dòng)加載 （Boot loading）模式：這種模式也稱為" 自主"?????? （Autonomous）模式。也即 Boot Loader 從目標(biāo)機(jī)上的某個(gè)固態(tài)存儲設(shè)備上將操作系統(tǒng)加載到 RAM 中運(yùn)行，整個(gè)過程并沒有用戶的介入。這種模式是 Boot Loader 的正常工作模式，因此成都網(wǎng)站設(shè)計(jì)公司在嵌入式產(chǎn)品發(fā)布的時(shí)侯，Boot Loader 顯然必須工作在這種模式下。?

? 下載 （Downloading）模式：在這種模式下，目標(biāo)機(jī)上的 Boot Loader 將通過串口連接或網(wǎng)絡(luò)連接等通信手 段從主機(jī) （Host）下載文件，比如：下載內(nèi)核映像和根文件系統(tǒng)映像等。從主機(jī)下載的文件通常首先被 Boot Loader 保存到目標(biāo)機(jī)的 RAM 中，然后再被 BootLoader 寫到目標(biāo)機(jī)上的FLASH 類固態(tài)存儲設(shè)備中。Boot oader 的這種模式通常在第一次安裝內(nèi)核與根文件系統(tǒng)時(shí)被使用；此外，以后的系統(tǒng)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用戶提供一個(gè)簡單的命令? 接口。?

?? U-Boot 這樣功能強(qiáng)大的 Boot Loader 同時(shí)支持這兩種工作模式，而且允許用戶在這兩種工作模式之間進(jìn)?

切換。?

??? 大多數(shù)bootloader 都分為階段 1(stage1)和階段2(stage2)兩大部分，u-boot 也不例外。依賴于CPU 體系結(jié)構(gòu) 的代碼 （如CPU 初始化代碼等）通常都放在階段 1 中且通常用匯編語言實(shí)現(xiàn)，而階段2 則通常用C 語言來實(shí) 現(xiàn)，這樣可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的功能，而且有更好的可讀性和移植性。

2.2 階段1 介紹?
u-boot 的stage1 代碼通常放在start.s 文件中，它用匯編語言寫成，其主要代碼部分如下：?

2.2.1 定義入口?
由于一個(gè)可執(zhí)行的Image 必須有一個(gè)入口點(diǎn)，并且只能有一個(gè)全局入口，通常這個(gè)入口放在ROM(Flash)的0x0?

地址，因此，必須通知編譯器以使其知道這個(gè)入口，該工作可通過修改連接器腳本來完成。?
??? 1. board/crane2410/u-boot.lds:? ENTRY(_start) ==> cpu/arm920t/start.S: .globl _start?

???? 2. uboot 代碼區(qū) （TEXT_BASE = 0x33F80000）定義在board/crane2410/config.mk?

2.2.2 設(shè)置異常向量?

_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(dāng)發(fā)生異常時(shí)，執(zhí)???cpu/arm920t/interrupts.c 中定義的中斷處理函數(shù)。?

2.2.3 設(shè)置 CPU 的模式為SVC模式?
?????? ?mrs???? r0,cpsr?

??????? bic???? r0,r0,#0x1f?

??????? orr???? r0,r0,#0xd3?

??????? msr???? cpsr,r0?

2.2.4 關(guān)閉看門狗?

#if defined(CONFIG_S3C2400) || defined(CONFIG_S3C2410)?

??????? ldr???? r0, =pWTCON?

??????? mov???? r1, #0x0???? @ 根據(jù)三星手冊進(jìn)行調(diào)置。?

??????? str???? r1, [r0]?

2.2.5 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]?

.2.6 設(shè)置以 CPU 的頻率?
默認(rèn)頻率為 FCLK:HCLK:PCLK = 1:2:4，默認(rèn)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]?

2.2.7 設(shè)置 CP15?

設(shè)置CP15, 失效指令(I)Cache 和數(shù)據(jù)(D)Cache 后, 禁止MMU 與Cache 。?

cpu_init_crit:?

??????? mov???? r0, #0?

??????? mcr???? p15, 0, r0, c7, c7, 0?? /* 失效I/D cache, 見S3C2410手冊附錄的2-16 */?

??????? mcr???? p15, 0, r0, c8, c7, 0?? /* 失效TLB, 見S3C2410手冊附錄的2-18 */?

/*?

???????? * 禁止 MMU 和caches, 詳見S3C2410手冊附錄2-11?

???????? */?

??????? mrc???? p15, 0, r0, c1, c0, 0?

??????? bic???? r0, r0, #0x00002300???? /* 清除 bits 13, 9:8 (--V- --RS)?

???????????????????????????????? * Bit 8: Disable System Protection?

???????????????????????????????? * Bit 7: Disable ROM Protection?

???????????????????????????????? * Bit 13: 異常向量表基地址: 0x0000 0000?

???????????????????????????????? */?

??????? bic???? r0, r0, #0x00000087???? /* 清除 bits 7, 2:0 (B--- -CAM)?

???????????????????????????????? * Bit 0: MMU disabled?

???????????????????????????????? * Bit 1: Alignment Fault checking disabled?

???????????????????????????????? * Bit 2: Data cache disabled?

???????????????????????????????? * Bit 7: 0 = Little-endian operation?
???????????????????????????????? */?

??????? orr???? r0, r0, #0x00000002????? /* set bit 2 (A) Align, 1 = Fault checking enabled */?

??????? orr???? r0, r0, #0x00001000???? /* set bit 12 (I) I-Cache, 1 = Instruction cache enabled ?

*/?

??????? mcr???? p15, 0, r0, c1, c0, 0?

2.2.8 配置內(nèi)存區(qū)控制寄存器?
配置內(nèi)存區(qū)控制寄存器，寄存器的具體值通常由開發(fā)板廠商或硬件工程師提供. 如果您對總線周期及外圍?

芯片非常熟悉, 也可以自己確定, 在U-BOOT 中的設(shè)置文件是board/crane2410/lowlevel_init.S, 該文件包含?

lowleve_init 程序段. 詳細(xì)寄存器設(shè)置及值的解釋見3.2.2 啟動(dòng)AXD 配置開發(fā)板一節(jié)中的第5 點(diǎn).?

????? mov???? ip, lr?

??????? bl????? lowlevel_init?

??????? mov???? lr, ip?

2.2.9 安裝 U-BOOT使的?？臻g?

??? 下面這段代碼只對不是從Nand Flash 啟動(dòng)的代碼段有意義，對從Nand Flash 啟動(dòng)的代碼，沒有意義。因?yàn)?

從Nand Flash 中把UBOOT 執(zhí)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????????????? /* 代碼段的起始地址??? */?

?????? sub???? r0, r0, #CFG_MALLOC_LEN???? /* 分配的動(dòng)態(tài)內(nèi)存區(qū)??? */?

?????? sub???? r0, r0, #CFG_GBL_DATA_SIZE?? /* UBOOT開發(fā)板全局?jǐn)?shù)據(jù)存放? */?

#ifdef CONFIG_USE_IRQ?

?????? /* 分配IRQ和FIQ?？臻g */?

?????? sub???? r0, r0, #(CONFIG_STACKSIZE_IRQ+CONFIG_STACKSIZE_FIQ)?

#endif?

?????? sub???? sp, r0, #12???????????????? /* 留下3個(gè)字為Abort??? */?

2.2.10 BSS段清 0?

clear_bss:?

?????? ldr???? r0, _bss_start?????? /* BSS段的起始地址?? */?

?????? ldr???? r1, _bss_end???????? /* BSS段的結(jié)束地址?? */?

?????? mov???? r2, #0x00000000???????????? /* BSS段置0?????????????????? */?

clbss_l:str??? r2, [r0]???????????? /* 循環(huán)清除BSS段 */?

?????? add???? r0, r0, #4?

?????? cmp???? r0, r1?

?????? ble???? clbss_l?

2.2.11 搬移 Nand Flash代碼?

從Nand Flash 中, 把數(shù)據(jù)拷貝到RAM, 是由copy_myself 程序段完成, 該程序段詳細(xì)解釋見:第七部分的3.1 節(jié).?

#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(jìn)入 C代碼部分?


??????? ldr???? pc, _start_armboot?

??????? _start_armboot: .word start_armboot?


2.3 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(shù)，也是整個(gè)啟動(dòng)代碼中C 語言的主函數(shù)，同時(shí)還是整個(gè)?

u-boot(armboot）的主函數(shù)，該函數(shù)主要完成如下操作：?

2.3.1調(diào)用一系列的初始化函數(shù)?

1. 指定初始函數(shù)表：?

init_fnc_t *init_sequence[] = {?

?????? cpu_init,???????????? /* cpu的基本設(shè)置????????? */?

?????? board_init,?????????? /* 開發(fā)板的基本初始化???? */?

?????? interrupt_init,?????? /* 初始化中斷???????????? */?

?????? env_init,???????????? /* 初始化環(huán)境變量???????? */?

?????? init_baudrate,??????? /* 初始化波特率?????????? */?

?????? serial_init,????????? /* 串口通訊初始化???????? */?

?????? console_init_f,?????? /* 控制臺初始化第一階段?? */?

?????? display_banner,?????? /* 通知代碼已經(jīng)運(yùn)行到該處 */?

?????? dram_init,??????????? /* 配制可用的內(nèi)存區(qū)?????? */?

?????? display_dram_config,?

#if defined(CONFIG_VCMA9) || defined (CONFIG_CMC_PU2)?

?????? checkboard,?

#endif?

?????? NULL,?

};?

執(zhí)行初始化函數(shù)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(qū)?

?? flash_init ()?? ?
?? ?
3. 初始化內(nèi)存分配函數(shù)?

?? mem_malloc_init()? ?

4. nand flash 初始化?

?#if (CONFIG_COMMANDS & CFG_CMD_NAND)?

????????? puts ("NAND:");?

????????? nand_init();????????????? /* 初始化 NAND */?

見第七部分3.2.3 節(jié)中的第3 點(diǎn)nand_init()函數(shù).?

5. 初始化環(huán)境變量??

? env_relocate ();?

6. 外圍設(shè)備初始化?

?? devices_init()?

7. I2C 總線初始化?

? i2c_init();?

8. LCD 初始化?

? drv_lcd_init();?

9. VIDEO 初始化?

? drv_video_init();?

10. 鍵盤初始化?

? drv_keyboard_init();?

11. 系統(tǒng)初始化?

? drv_system_init();?

2.3.2 初始化網(wǎng)絡(luò)設(shè)備?

初始化相關(guān)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，填寫IP 、MAC 地址等。?

1. 設(shè)置IP 地址?

??????? /* IP Address */?

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

??????? /* MAC Address */?

??????? {?

??????????????? 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;?

??????????????? }?

??????? }?



2.3.3 進(jìn)入主 UBOOT命令?

進(jìn)入命令循環(huán) （即整個(gè)boot 的工作循環(huán)），接受用戶從串口輸入的命令，然后進(jìn)行相應(yīng)的工作。?

??????? for (;;) {?

??????????????? main_loop (); /* 在common/main.c */?

??????? }?


2.4 代碼搬運(yùn)?

為了支持NAND flash 起動(dòng)，S3C2410 內(nèi)建了內(nèi)部的4k 的SRAM 緩存 “Steppingstone” 。當(dāng)起動(dòng)時(shí)，NAND?

flash 最初的4k 字節(jié)將被讀入”Steppingstone”然后開始執(zhí)? 起動(dòng)代碼。通常起動(dòng)代碼會把NAND flash 中的內(nèi)容?

拷到SDRAM 中以便執(zhí)行主代碼。?

使用硬件的ECC, NAND flash 中的數(shù)據(jù)的有效性將會得到檢測。?

功能?

??? 1. NAND flash 模式：支持讀/刪除/編程 NAND Flash?

??? 2.? 自動(dòng)起動(dòng)模式：在復(fù)位時(shí)起動(dòng)代碼將被讀入”Steppingstone”中，然后開始執(zhí)? 起動(dòng)代碼。?

??? 3. 硬件ECC 檢測模塊（硬件檢測，軟件糾正）?

??? 4. “Steppingstone” 4-KB 內(nèi)部SRAM 在起動(dòng)后可以另外使用。?

3 uboot 的移植過程?

3.1 環(huán)境?

? 1. 工作用戶?

??? uboot?

? 2. u-boot 版本 1.1.4?

??? 獲取u-boot1.1.4請看 1.2?

? 3. 工具鏈2.95.3?

3.2 步驟?

我們?yōu)殚_發(fā)板取名叫: crane2410, 并在u-boot 中建立自己的開發(fā)板類型?

3.2.1 修改 Makefile?

[uboot@localhost uboot]#vi Makefile?

#為crane2410 建立編譯項(xiàng)?

crane2410_config : unconfig?

?? @./mkconfig $(@:_config=) arm arm920t crane2410 NULL s3c24x0?

各項(xiàng)的意思如下:?

??? arm:????? CPU 的架構(gòu)(ARCH)?

??? arm920t:? CPU 的類型(CPU) ，其對應(yīng)于cpu/arm920t 子目錄。?

??? crane2410: 開發(fā)板的型號(BOARD) ，對應(yīng)于board/crane2410? 目錄。?

??? NULL:???? 開發(fā)者/或經(jīng)銷商(vender) 。?

??? s3c24x0:? 片上系統(tǒng)(SOC) 。?
?