u-boot之u-boot-2009.11启动过程分析

转自http://blog.youkuaiyun.com/gqb_driver/article/details/8931775

  u-boot同其他bootloader一样，其启动过程分为stage1和stage2两个阶段， stage1主要完成基本硬件设备初始化和为加载stage2部分的代码准备RAM空间，stage2则是为引导内核准备环境。下面分两部分来分析u-boot启动的两个阶段。

一、u-boot启动第一阶段stage1

        u-boot的第一阶段主要由u-boot源文件目录cpu\arm_cortexa8目录下的start.S和cpu\arm_cortexa8\omap3目录下lowlevel_init.S来完成，前者是SOC平台相关，后者是开发板相关的。

1、基础硬件初始化

基本硬件设备的初始化主要在start.S内完成，依次完成如下设置：将CPU的工作模式设为管理模式(svc)，将中断向量表拷贝到SRAM，关闭WATCHDOG，后来就是关闭MMU，CACHE等。

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1. reset:  
2.       /*  
3.        * set the cpu to SVC32 mode 设置ARM处理器的工作模式为SVC模式  
4.        */  
5.       mrs r0, cpsr  
6.       bic  r0, r0, #0x1f  
7.       orr  r0, r0, #0xd3  
8.       msr cpsr,r0  
9. /*将中断向量表拷贝到SRAM*/  
10. #if (CONFIG_OMAP34XX)  
11.       /* Copy vectors to mask ROM indirect addr */  
12.       adr  r0, _start             @ r0<- current position of code  
13.       add r0, r0, #4             @ skip reset vector  
14.       mov       r2, #64                 @ r2 <- size to copy  
15.       add r2, r0, r2              @ r2 <- sourceend address  
16.       mov       r1, #SRAM_OFFSET0  @ build vect addr  
17.       mov       r3, #SRAM_OFFSET1  
18.       add r1, r1, r3  
19.       mov       r3, #SRAM_OFFSET2  
20.       add r1, r1, r3  
21. next:  
22.       ldmia     r0!, {r3 - r10}              @ copy from source address [r0]  
23.       stmia     r1!, {r3 - r10}              @ copyto   target address [r1]  
24.       cmp       r0, r2                   @until source end address [r2]  
25.       bne next                     @loop until equal */  
26.    
27.       ldr   pc, _start_armboot    @ jump to C code  
28. _start_armboot: .wordstart_armboot  
29. cpu_init_crit:  
30.       /*关闭MMU与CACHE */  
31.       mov       r0, #0                   @ set up for MCR  
32.       mcr p15, 0, r0, c8, c7, 0    @ invalidateTLBs  
33.       mcr p15, 0, r0, c7, c5, 0    @ invalidateicache  
34.    
35.       mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0  
36.       bic  r0, r0, #0x00002000  @ clear bits 13(--V-)  
37.       bic  r0, r0, #0x00000007  @ clear bits 2:0 (-CAM)  
38.       orr  r0, r0, #0x00000002  @ set bit 1 (--A-) Align  
39.       orr  r0, r0, #0x00000800  @ set bit 12(Z---) BTB  
40.       mcr p15, 0, r0, c1, c0, 0  
41.       /*调用lowlevel_init用来初始化RAM*/  
42.       mov       ip, lr                     @persevere link reg across call  
43.       bl    lowlevel_init                @go setup pll,mux,memory  
44.       mov       lr, ip                     @restore link  
45.       mov       pc, lr                    @back to my caller  

2、为stage2准备RAM空间

所谓准备RAM空间，就是初始化内存控制器，使它可用。对于OMAP3这种SOC，通过在start.S中调用lowlevel_init函数来设置存储控制器，使得外接的SDRAM可用。代码在cpu\arm_cortexa8\omap3目录下lowlevel_init.S中。

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1. .globl lowlevel_init  
2. lowlevel_init:  
3.       ldr   sp,   SRAM_STACK  
4.         str     ip,       [sp]   /* stashold link register */  
5.       mov       ip,   lr     /*save link reg across call */  
6.       bl      s_init          /* gosetup pll,mux,memory */  
7.         ldr     ip,       [sp]    /* restore saveip */  
8.       mov       lr,    ip    /*restore link reg */  
9.       /* back toarch calling code */  
10.       mov       pc,  lr  
11.       /* the literalpools origin */  
12.       .ltorg  

 3、复制stage2代码到RAM空间

这里将u-boot的代码（实际包括第一、二阶段）都复制到SDRAM中，这在cpu\arm_cortexa8中start.S中完成，这一步是u-boot第一阶段的核心所在，因为它实际上完成将代码拷贝到u-boot执行的链接地址处，在此之后的变量就可以进行正常读写，前面的代码必须是位置无关代码（只能读操作不能写操作）。

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1. relocate:                           /*将x-loader复制到RAM中      */  
2.       adr  r0, _start             /* r0：当前代码的开始地址   */  
3.       ldr   r1, _TEXT_BASE         /* r1:代码段的链接地址 */  
4.       cmp r0, r1         /* 测试是否需要复制(SRAM,SDRAM,NOR FLAHS不需要复制)                                    
5.       beq stack_setup                /*直接跳到栈初始化部分) */  
6.    
7.       ldr   r2, _armboot_start /*_armboot_start在前面定义，第一条指令地址*/  
8.       ldr   r3, _bss_start /*链接脚本x-loader.lds中定义，是代码段的结束地址*/  
9.       sub  r2, r3, r2              /* r2 :代码段长度 */  
10.       add r2, r0, r2              /* r2:SRAM上代码段的结束地址         */  
11.    
12. copy_loop:  
13.       ldmia     r0!, {r3-r10}         /*从地址[r0]处获得数据    */  
14.       stmia     r1!, {r3-r10}         /*复制到地址[r1]处    */  
15.       cmp       r0, r2                   /*判断是否复制完毕    */  
16.       ble  copy_loop  

4、设置堆栈

栈的设置灵活性很大，只要让sp寄存器指向一段没有使用的内存即可。

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1. /* Set up the stack                                           */  
2. stack_setup:  
3.       ldr   r0, _TEXT_BASE         /*_TEXT_BASE代码段的开始地址   */  
4.       sub  sp, r0, #128         /*为 abort-栈保留32字节   */  
5.       and sp, sp, #~7           /* 8字节对齐   */  

 5、跳转到stage2的入口点

在跳转之前，还要清除BSS段（初始值为0、无初始值的全局变量、静态变量放在BSS段），代码如下：

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1. clear_bss:  
2.       ldr   r0, _bss_start             /* bss段的开始地址        */  
3.       ldr   r1, _bss_end        /* bss段的结束地址，它的值在链接脚本中定义*/  
4.       mov      r2, #0x00000000       /* clear value                      */  
5. clbss_l:  
6.       str   r2, [r0]          /*往bss段内写入0值               */  
7.       cmp       r0, r1                   /*are we at the end yet            */  
8.       add r0, r0, #4             /* increment clearindex pointer    */  
9.       bne clbss_l                 /* keep clearing till atend        */  
10.    
11.       ldr   pc, _start_armboot    /*向C函数入口跳转   */  
12. _start_armboot: .word start_armboot  

二、u-boot启动第二阶段stage2

       本部分主要说明u-boot第二阶段stage2的，u-boot在启动内核之前可以让用户决定是否进入下载模式，即进入u-boot的控制界面。第二阶段从lib_arm/board.c中的start_armboot函数开始，由于代码量较大，本文先将其过程用流程图表示，后面有时间再将代码补上，如下图所以：