uboot啟動(dòng)流程分析

　　U-Boot

　　U-Boot，全稱 Universal Boot Loader，是遵循GPL條款的開(kāi)放源碼項(xiàng)目。U-Boot的作用是系統(tǒng)引導(dǎo)。U-Boot從FADSROM、8xxROM、PPCBOOT逐步發(fā)展演化而來(lái)。其源碼目錄、編譯形式與Linux內(nèi)核很相似，事實(shí)上，不少U-Boot源碼就是根據(jù)相應(yīng)的Linux內(nèi)核源程序進(jìn)行簡(jiǎn)化而形成的，尤其是一些設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序，這從U-Boot源碼的注釋中能體現(xiàn)這一點(diǎn)。

　　U-Boot不僅僅支持嵌入式Linux系統(tǒng)的引導(dǎo)，它還支持NetBSD， VxWorks， QNX， RTEMS， ARTOS， LynxOS， android嵌入式操作系統(tǒng)。其目前要支持的目標(biāo)操作系統(tǒng)是OpenBSD， NetBSD， FreeBSD，4.4BSD， Linux， SVR4， Esix， Solaris， Irix， SCO， Dell， NCR， VxWorks， LynxOS， pSOS， QNX， RTEMS， ARTOS， android。這是U-Boot中Universal的一層含義，另外一層含義則是U-Boot除了支持PowerPC系列的處理器外，還能支持MIPS、 x86、ARM、NIOS、XScale等諸多常用系列的處理器。

　　這兩個(gè)特點(diǎn)正是U-Boot項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)目標(biāo)，即支持盡可能多的嵌入式處理器和嵌入式操作系統(tǒng)。就目前來(lái)看，U-Boot對(duì)PowerPC系列處理器支持最為豐富，對(duì)Linux的支持最完善。其它系列的處理器和操作系統(tǒng)基本是在2002年11 月PPCBOOT改名為U-Boot后逐步擴(kuò)充的。從PPCBOOT向U-Boot的順利過(guò)渡，很大程度上歸功于U-Boot的維護(hù)人德國(guó)DENX軟件工程中心Wolfgang Denk［以下簡(jiǎn)稱W.D］本人精湛專(zhuān)業(yè)水平和執(zhí)著不懈的努力。當(dāng)前，U-Boot項(xiàng)目正在他的領(lǐng)軍之下，眾多有志于開(kāi)放源碼BOOT LOADER移植工作的嵌入式開(kāi)發(fā)人員正如火如荼地將各個(gè)不同系列嵌入式處理器的移植工作不斷展開(kāi)和深入，以支持更多的嵌入式操作系統(tǒng)的裝載與引導(dǎo)。

　　uboot啟動(dòng)流程分析

　　可知程序的入口在_start，在SourceInsight中查找可發(fā)現(xiàn)程序的入口_start在u-boot-2016.05\arch\arm\lib\vectors.S中。

　　。。。

　　ENTRY（_start）

　　SECTIONS

　　{

　　。。。

　　。 = 0x00000000;

　　。 = ALIGN（4）;

　　.text ：

　　{

　　*（.__image_copy_start）

　　*（.vectors）

　　CPUDIR/start.o （.text*）

　　*（.text*）

　　}

　　。。。

　　。 = ALIGN（4）;

　　.rodata ： { *（SORT_BY_ALIGNMENT（SORT_BY_NAME（.rodata*））） }

　　。 = ALIGN（4）;

　　.data ： {

　　*（.data*）

　　}

　　。 = ALIGN（4）;

　　。 = 。;

　　。。。

　　.bss_start __rel_dyn_start （OVERLAY） ： {

　　KEEP（*（.__bss_start））;

　　__bss_base = 。;

　　}

　　.bss __bss_base （OVERLAY） ： {

　　*（.bss*）

　　。 = ALIGN（4）;

　　__bss_limit = 。;

　　}

　　.bss_end __bss_limit （OVERLAY） ： {

　　KEEP（*（.__bss_end））;

　　}

　　。。。

　　}

　　12345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940414243444546474849505152

　　進(jìn)入boot-2016.05\arch\arm\lib\vectors.S中，可以看到從_start開(kāi)始后就跳轉(zhuǎn)到reset去執(zhí)行：

　　。。。

　　.globl _start

　　。。。

　　_start：

　　#ifdef CONFIG_SYS_DV_NOR_BOOT_CFG

　　.word CONFIG_SYS_DV_NOR_BOOT_CFG

　　#endif

　　b reset

　　ldr pc， _undefined_instruction

　　ldr pc， _software_interrupt

　　ldr pc， _prefetch_abort

　　ldr pc， _data_abort

　　ldr pc， _not_used

　　ldr pc， _irq

　　ldr pc， _fiq

　　。。.12345678910111213141516171819202122

　　1、從u-boot-2016.05\arch\arm\cpu\arm920t\start.S中reset執(zhí)行

　　主要執(zhí)行流程：reset -》 cpu_init_crit -》 lowlevel_init -》 _main

　　reset：

　　。。。

　　#ifndef CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT

　　bl cpu_init_crit

　　#endif

　　bl _main

　　。。。

　　#ifndef CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT

　　cpu_init_crit：

　　。。。

　　bl lowlevel_init

　　。。。

　　#endif /* CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT */

　　1234567891011121314151617181920212223

　　2、由bl _main跳轉(zhuǎn)到u-boot-2016.05\arch\arm\lib\crt0.S中從入口_main開(kāi)始執(zhí)行

　　主要執(zhí)行流程：board_init_f -》 relocate_code -》 board_init_r

　　ENTRY（_main）

　　。。。

　　bl board_init_f_alloc_reserve

　　。。。

　　bl board_init_f_init_reserve

　　。。。

　　bl board_init_f

　　#if ！ defined（CONFIG_SPL_BUILD）

　　。。。

　　b relocate_code

　　。。。

　　#endif

　　#if ！defined（CONFIG_SPL_BUILD） || defined（CONFIG_SPL_FRAMEWORK）

　　。。。

　　#if defined（CONFIG_SYS_THUMB_BUILD）

　　。。。

　　#else

　　ldr pc， =board_init_r

　　#endif

　　#endif

　　ENDPROC（_main）123456789101112131415161718192021222324252627282930313233

　　這部分有三點(diǎn)說(shuō)明：

　?、?、u-boot-2016.05\common\board_f.c：board_init_f通過(guò)initcall_run_list（init_sequence_f）函數(shù)執(zhí)行一系列初始化函數(shù)以實(shí)現(xiàn)前半部分板級(jí)初始化。全局結(jié)構(gòu)體gd在u-boot-2016.05\arch\arm\include\asm\global_data.h中聲明：

　　#define DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR register volatile gd_t *gd asm （“r9”）1

　?、?、u-boot-2016.05\arch\arm\lib\relocate.S：relocate_code實(shí)現(xiàn)uboot代碼的重定位，此部分如果覺(jué)得源代碼不是簡(jiǎn)單明了可自己改寫(xiě)。

　?、?、去重定位uboot有兩種路徑：

　　一種是將gd-》flags設(shè)為0，在初始化函數(shù)序列init_sequence_f中的jump_to_copy函數(shù)中去跳轉(zhuǎn)到relocate_code：

　　static int jump_to_copy（void）

　　{

　　if （gd-》flags & GD_FLG_SKIP_RELOC）

　　return 0;

　　。。。

　　#if defined（CONFIG_X86） || defined（CONFIG_ARC）

　　。。。

　　#else

　　relocate_code（gd-》start_addr_sp， gd-》new_gd， gd-》relocaddr）;

　　#endif

　　return 0;

　　}1234567891011121314

　　另一種就是不宏定義CONFIG_SPL_BUILD，然后在u-boot-2016.05\arch\arm\lib\crt0.S中通過(guò)

　　#if ！ defined（CONFIG_SPL_BUILD）

　　。。。

　　b relocate_code

　　。。。

　　#endif123456789

　　來(lái)跳轉(zhuǎn)到relocate_code。以上兩種方法選其一，另一種就得去掉。

　　3、在上一步通過(guò)ldr pc， =board_init_r指令進(jìn)入u-boot-2016.05\common\board_r.c：board_init_r函數(shù)，進(jìn)而調(diào)用initcall_run_list（init_sequence_r）函數(shù)執(zhí)行一系列初始化函數(shù)以實(shí)現(xiàn)后半部分板級(jí)初始化，并在initcall_run_list函數(shù)里進(jìn)入run_main_loop不再返回。

　　void board_init_r（gd_t *new_gd， ulong dest_addr）

　　{

　　。。。

　　if （initcall_run_list（init_sequence_r））

　　hang（）;

　　/* NOTREACHED - run_main_loop（） does not return */

　　hang（）;

　　}

　　1234567891011

　　init_sequence_r是一個(gè)函數(shù)指針數(shù)組，里面存放了很多初始化函數(shù)指針，里面有兩個(gè)重要的函數(shù)指針initr_announce和run_main_loop：

　　init_fnc_t init_sequence_r［］ = {

　　。。。

　　initr_announce，

　　。。。

　　run_main_loop，

　　};12345678910

　　initr_announce函數(shù)聲明從此處開(kāi)始程序就將跳轉(zhuǎn)到RAM中運(yùn)行：

　　static int initr_announce（void）

　　{

　　debug（“Now running in RAM - U-Boot at： %08lx\n”， gd-》relocaddr）;

　　return 0;

　　}12345

　　最后一項(xiàng)是run_main_loop ，進(jìn)入run_main_loop 后便不再返回。

　　4、在run_main_loop 里會(huì)進(jìn)入u-boot-2016.05\common\main.c：main_loop函數(shù)

　　static int run_main_loop（void）

　　{

　　。。。

　　for （;;）

　　main_loop（）;

　　return 0;

　　}12345678

　　進(jìn)入main_loop之前就已經(jīng)完成初始化，接下來(lái)準(zhǔn)備去處理命令

　　/* We come here after U-Boot is initialised and ready to process commands */

　　void main_loop（void）

　　{

　　const char *s;

　　bootstage_mark_name（BOOTSTAGE_ID_MAIN_LOOP， “main_loop”）;

　　。。。

　　/* get environment_variable： s = getenv（“bootcmd”）; -》 bootcmd */

　　s = bootdelay_process（）;

　　。。。

　　autoboot_command（s）;

　　。。。

　　}123456789101112131415161718

　　main_loop函數(shù)里有兩個(gè)重要的過(guò)程：

　?、拧⑹紫仍赽ootdelay_process函數(shù)里通過(guò)s = getenv（“bootcmd”）得到bootcmd參數(shù)并返回bootcmd參數(shù)，

　　const char *bootdelay_process（void）

　　{

　　char *s;

　　int bootdelay;

　　。。。

　　s = getenv（“bootdelay”）;

　　。。。

　　debug（“### main_loop entered： bootdelay=%d\n\n”， bootdelay）;

　　。。。

　　s = getenv（“bootcmd”）;

　　。。。

　　stored_bootdelay = bootdelay;

　　return s;

　　}1234567891011121314151617181920212223

　　其中，bootcmd參數(shù)通過(guò)以下方式指定：

　　先在u-boot-2016.05\include\env_default.h中

　　#ifdef CONFIG_BOOTCOMMAND

　　“bootcmd=” CONFIG_BOOTCOMMAND “\0”

　　#endif123

　　再在u-boot-2016.05\include\configs\smdk2440.h中指定

　　#define CONFIG_BOOTCOMMAND “nand read 30000000 kernel;bootm 30000000”1

　　⑵、然后進(jìn)入autoboot_command函數(shù)，并將bootcmd參數(shù)傳入，繼而進(jìn)入run_command_list函數(shù)，繼續(xù)將bootcmd參數(shù)傳入

　　void autoboot_command（const char *s）

　　{

　　。。。

　　if （stored_bootdelay ！= -1 && s && ！abortboot（stored_bootdelay）） {

　　。。。

　　run_command_list（s， -1， 0）;

　　。。。

　　}

　　。。。

　　}

　　123456789101112

　　5、從autoboot_command函數(shù)進(jìn)入u-boot-2016.05\common\cli.c：run_command_list函數(shù)后，接著會(huì)調(diào)用board_run_command函數(shù)去執(zhí)行命令

　　int run_command_list（const char *cmd， int len， int flag）

　　{

　　int need_buff = 1;

　　char *buff = （char *）cmd; /* cast away const */

　　int rcode = 0;

　　if （len == -1） {

　　len = strlen（cmd）;

　　#ifdef CONFIG_SYS_HUSH_PARSER

　　。。。

　　#else

　　/* the built-in parser will change our string if it sees \n */

　　need_buff = strchr（cmd， ‘\n’） ！= NULL;

　　#endif

　　}

　　if （need_buff） {

　　buff = malloc（len + 1）;

　　if （！buff）

　　return 1;

　　memcpy（buff， cmd， len）;

　　buff［len］ = ‘\0’;

　　}

　　#ifdef CONFIG_SYS_HUSH_PARSER

　　。。。

　　#ifdef CONFIG_CMDLINE

　　。。。

　　#else

　　rcode = board_run_command（buff）;

　　#endif

　　#endif

　　。。。

　　}1234567891011121314151617181920212223242526272829303132

　　那么，board_run_command如何去執(zhí)行命令？

　　首先，board_run_command函數(shù)通過(guò)bootcmd參數(shù)中的bootm命令找到u-boot-2016.05\cmd\bootm.c中的

　　U_BOOT_CMD（

　　bootm， CONFIG_SYS_MAXARGS， 1， do_bootm，

　　“boot application image from memory”， bootm_help_text

　?。?1234

　　然后，根據(jù)這個(gè)信息找到執(zhí)行bootm命令的處理函數(shù)指針do_bootm，并進(jìn)入do_bootm函數(shù)執(zhí)行相關(guān)代碼，而U_BOOT_CMD在u-boot-2016.05\include\command.h中定義：

　　#define U_BOOT_CMD（_name， _maxargs， _rep， _cmd， _usage， _help） \

　　U_BOOT_CMD_COMPLETE（_name， _maxargs， _rep， _cmd， _usage， _help， NULL）12

　　#define U_BOOT_CMD_COMPLETE（_name， _maxargs， _rep， _cmd， _usage， _help， \

　　_comp） \

　　_CMD_REMOVE（sub_ ## _name， _cmd）123

　　#define _CMD_REMOVE（_name， _cmd） \

　　int __remove_ ## _name（void） \

　　{ \

　　if （0） \

　　_cmd（NULL， 0， 0， NULL）; \

　　return 0; \

　　}1234567

　　在此，board_run_command函數(shù)還會(huì)將bootm命令中的參數(shù)（內(nèi)核映像所在地址）30000000賦給bootm_headers_t結(jié)構(gòu)體變量images，則images首地址就是30000000，images在u-boot-2016.05\cmd\bootm.c中定義：

　　bootm_headers_t images; 1