这篇博客详细介绍了嵌入式系统中u-boot的全局数据结构、板级配置参数以及初始化流程。作者从gd_t和bd_t数据结构入手，解析了u-boot中保存配置信息和板级参数的重要结构，并逐步讲解了从cpu_init到dram_init的初始化过程，涉及串口初始化、环境变量、内存分配和设备初始化等关键步骤。博客适合嵌入式新手学习，帮助理解u-boot的底层工作机制。
自开学以来一直在研究s3c2440A的板子,现在在嵌入式方面,我现在基本上处于0阶段,
所以进度非常慢.我先学的是uboot,不过现在还没学会,因为没有针对这个板子把
uboot移植成功.唉...急....
在介绍该函数之前，我们需要看一看几个数据结构，这些是u-boot中几个重要的数据结构：
1)、gd_t该数据结构保存了u-boot需要的配置信息(我暂时称它为全局信息表)，
typedef struct global_data {
bd_t *bd; //与板子相关的结构，见下面
unsigned long flags;
unsigned long baudrate; //波特率
unsigned long have_console; /* serial_init() was called */
unsigned long reloc_off; /* Relocation Offset,重定位偏移 */
unsigned long env_addr; /* Address of Environment struct ,存放环境变量结构的地址*/
unsigned long env_valid; /* Checksum of Environment valid? */
#ifdef CONFIG_VFD //我们一般没有配置这个，这个是frame buffer的首地址
unsigned long fb_base; /* base address of frame buffer,显存缓存区 基址*/
#endif
#if 0
unsigned long cpu_clk; /* CPU clock in Hz! CPU的时钟频率*/
unsigned long bus_clk; //总线的时钟频率
unsigned long ram_size; /* RAM size, RAM的大小*/
unsigned long reset_status; /* reset status register at boot */
#endif
void **jt; /* jump table ,保存着些函数的入口地址,在common/Exports.c中进行填充*/
} gd_t;
2)、bd_t 保存与板子相关的配置参数
typedef struct bd_info {
int bi_baudrate; /* serial console baudrate ,串口波特率 */
unsigned long bi_ip_addr; /* IP Address ,IP地址*/
unsigned char bi_enetaddr[6]; /* Ethernet adress ,以太网地址*/
struct environment_s *bi_env; //环境变量地址指针
ulong bi_arch_number; /* unique id for this board 架构号码*/
ulong bi_boot_params; /* where this board expects params */
struct /* RAM configuration */
{
ulong start; //RAM的起始地址
ulong size; //RAM的大小
} bi_dram[CONFIG_NR_DRAM_BANKS];
} bd_t;
3). 初始化函数列表(以数组的形式)
init_fnc_t *init_sequence[] = {
cpu_init, /* basic cpu dependent setup || cpu/arm920t/cpu.c ,cpu的初始化,有待于分析*/
//这个是对板子的初始化,
board_init, /* basic board dependent setup|| board/smdk2440/smdk2440.c */
interrupt_init, /* set up exceptions || cpu/arm920t,s3c24x0/interrupts.c */
env_init, /* initialize environment */
init_baudrate, /* initialze baudrate settings */
serial_init, /* serial communications setup || cpu/arm920t/s3c24x0/serial.c */
//串口初始化后我们就可以打印信息了
console_init_f, /* stage 1 init of console */
display_banner, /* say that we are here */
#if defined(CONFIG_DISPLAY_CPUINFO)
print_cpuinfo, /* display cpu info (and speed) */
#endif
#if defined(CONFIG_DISPLAY_BOARDINFO)
checkboard, /* display board info */
#endif
dram_init, /* configure available RAM banks */
display_dram_config,
NULL,
};
//===========================================
//===========================================
int cpu_init (void) //cpu/arm920t/Cpu.c中的函数
{
/*
* setup up stacks if necessary
*/
//这里只是做了对中断栈和快速中断栈空间地址的定义
//IRQ_STACK_START 和 FIQ_STACK_START 的值在start.S的开始几行中有定义
//其中的那个 -4 操作是难道是为PC跳转留的一个地址???
#ifdef CONFIG_USE_IRQ
IRQ_STACK_START = _armboot_start - CFG_MALLOC_LEN - CFG_GBL_DATA_SIZE - 4;
FIQ_STACK_START = IRQ_STACK_START - CONFIG_STACKSIZE_IRQ;
#endif
return 0;
}
//===================================================
//===================================================
//---------mem_malloc_init----------------
// 参数: malloc内在区的起始地址
// 功能: 完成malloc函数所要用到的静
// 态变量的初始化.
//返回值: 无
//----------------------------------------
static
void mem_malloc_init (ulong dest_addr)
{
mem_malloc_start = dest_addr; //缓冲区起始地址
mem_malloc_end = dest_addr + CFG_MALLOC_LEN; // 缓冲区结束地址
mem_malloc_brk = mem_malloc_start; // 已使用块的地址,初始时应指向起始地址
memset ((void *) mem_malloc_start, 0, //把这段空间初始化为0
mem_malloc_end - mem_malloc_start);
}
......
init_fnc_t *init_sequence[] = {
//该函数只是做了对中断栈和快速中断栈空间地址的定义
cpu_init, /* basic cpu dependent setup || cpu/arm920t/cpu.c */
//完成各时钟和端口还有gd中的两个成员的初始化
board_init, /* basic board dependent setup|| board/smdk2440/smdk2440.c */
//PWM(Pulse Width Modulation 脉宽调制器) TIMER的初始化,
interrupt_init, /* set up exceptions || cpu/arm920t,s3c24x0/interrupts.c */
//环境的初始化,没深入分析
env_init, /* initialize environment */
//初始化波特率,并写进gd的成员变量中
init_baudrate, /* initialze baudrate settings */
//串口初始化后我们就可以打印信息了
serial_init, /* serial communications setup || cpu/arm920t/s3c24x0/serial.c */
console_init_f, /* stage 1 init of console */
//打印一些信息
display_banner, /* say that we are here */
#if defined(CONFIG_DISPLAY_CPUINFO)
print_cpuinfo, /* display cpu info (and speed) */
#endif
#if defined(CONFIG_DISPLAY_BOARDINFO)
checkboard, /* display board info */
#endif
//DRAM的初始化,这里只是对gd中的 bi_dram结构中的两个成员赋值,
//也即BANK的起始地址和大小
dram_init, /* configure available RAM banks */
//打印BANK的相关信息
display_dram_config,
NULL, //用以标识列表数组的结束
};
//------------start_armboot--------------------
//功能: 完成uboot第二阶级的一系列的
// 硬件初始化工作, 然后转入main函数.
//备注: 该函数是C程序的入口函数,从汇编语
// 言跳转到此 .
//---------------------------------------------
void start_armboot (void)
{
init_fnc_t **init_fnc_ptr; //init_fnc_t 是各初始化函数的数组
char *s;
#ifndef CFG_NO_FLASH
ulong size;
#endif
#if defined(CONFIG_VFD) || defined(CONFIG_LCD)
unsigned long addr;
#endif
/* Pointer is writable since we allocated a register for it
gd_t: 定义在 /include/asm-arm/Global_data.h中,包含一些全局通用的变量.
_armboot_start: 代码的起始地址,它定义在start.S中的前几行中,定义为 _start
当系统第一次加电时,指令是从0x0地址开始执行的,所以此时的 _start值
应为0x0;而当uboot经过代码重定位后,指令会从 _TEXT_BASE 处开始执行,
此时的 _start值就成了 _TEXT_BASE的值.
CFG_MALLOC_LEN: 在/include/configs/smdk2440.h中有定义,该变量表示供
malloc函数使用的内存池空间,代码中定义值为:0x10000+128*1024
|-------| | 4 |
|-------| | 3 |
|-------| | 2 |
|-------| | 1 |
-------
4 就是为malloc函数预留的数据空间
3 是全信息表gd的数据区
2 是板卡信息表bd的数据区
网上找了个图片,更能反应这个空间的分配关系:
*/
//分配区域 3 给 gd ,gd是一个全局静态变量
gd = (gd_t*)(_armboot_start - CFG_MALLOC_LEN - sizeof(gd_t));
/* compiler optimization barrier needed for GCC >= 3.4 */
__asm__ __volatile__("": : :"memory");
//把gd变量的内容填充为0 ,填充 3 区的数据为0 ,即初始化gd表.注意:这里并没有
//初始化bd表,在gd表中的bd成员只是一个指针,因为对初始化的是个指针地址
memset ((void*)gd, 0, sizeof (gd_t));
/*
bd_t 结构体在/include/asm-arm/U-boot.h中定义, 定义板子的一些信息,包括:
波特率,IP地址, 以太网地址, 架构编码,启动参数 ,BANK的起始地址和大小等
*/
//分配区域 2 给bd, bd的基址 = gd的基址 - bd的尺寸
gd->bd = (bd_t*)((char*)gd - sizeof(bd_t));
//把区域 2 填充为 0 ,即初始化 bd 表
memset (gd->bd, 0, sizeof (bd_t));
/*monitor_falsh_len定义在 /lib_arm/Board.c
在bin文件中 BSS 段和 TEXT 段和 DATA 段存放的顺序从前向后依次是:
代码段［可执行代码段(.text)， 只读数据段(.rodata)］
数据段［已初始化数据段(.data)，未初始化数据段(.bss)］
所以 _bss_start 的基址等于代码段的长度加上.data的长度.
即: _bss_start(BSS段基址) = 代码段长度+数据段长度
下面是bin文件中段的分布：
一．存放态的分布：
+-----------------------------
| .bss |
+----------+---数据段
| .data |
+----------+------------------
| .rodata |
+----------+---代码段
| .text |
+----------+------------------
二．运行态
| ... |
+----------+------------------
| .bss | ZI段
+----------+--------数据段
| .data | RW段
+----------+-------------
| .rodata |
+----------+---代码段(RO段)
| .text |
+----------+-------------
| ... |
装载前
| ... |
+-------------+-- ZI段结束地址
| ZI段 |
+-------------+-- ZI段起始地址
| 保留区2 |
+-------------+-- RW段结束地址
| RW段 |
+-------------+-- RW段起始地址
| 保留区1 |
+-------------+-- RO段结束地址
| RO 段 |
+-------------+-- RO段起始地址
| ... |
装载后
BSS(Block Started by Symbol)段是未被初始化的数据段,是存放程序中
未被初始化的全局变量的一块内存区域,初始化时应清零;该段只有
名称和大小却没有值;该段不包含任何数据,只是简单的维护开始和
结束的地址,以便内存区能在运行时被有效地清零,它在应用程序的
映像文件(ARM中也即bin文件)中并不存在.
*/
//_armboot_start 在start.S中定义为_start,而_start为代码的起始地址
//只包含 RO(TEXT) 和 RW(DATA) 段.重定位前的值为0x0,此时指向flash,
//重定位后则指向RAM中的某一地址
//由此可以知道: _bss_start - _armboot_start 的值即是在第一阶段从
//flash中重定位到RAM中的那部分代码的长度,也即可TEXT和DATA数据段,
//这个值与start.S中的重定位那部分代码所计算的值是相等的
//所以,monitor_flash_len表示从flash中搬来的代码的长度
monitor_flash_len = _bss_start - _armboot_start;
//_bss_start 在u-boot.lds中定位
//各设置的初始化.当返回值不为0时表示初始化失败 ,此时会调用 hang()函数
//打印一错误提示信息,然后进入死循环
for (init_fnc_ptr = init_sequence; *init_fnc_ptr; ++init_fnc_ptr) {
if ((*init_fnc_ptr)() != 0) {
hang ();
}
}
//CFG_NO_FLASH 表示没有flash,如果没定义该常量则表示板子上有flash,此时调用flash_init()对其进行初始化.
#ifndef CFG_NO_FLASH
/* configure available FLASH banks */
size = flash_init ();
display_flash_config (size); //打印flash的信息,这里仅输出它的大小
#endif /* CFG_NO_FLASH */
#ifdef CONFIG_VFD
# ifndef PAGE_SIZE
# define PAGE_SIZE 4096
# endif
/*
* reserve memory for VFD display (always full pages)
*/
/* bss_end is defined in the board-specific linker script */
addr = (_bss_end + (PAGE_SIZE - 1)) & ~(PAGE_SIZE - 1); //???
size = vfd_setmem (addr);
gd->fb_base = addr;
#endif /* CONFIG_VFD */
#ifdef CONFIG_LCD
# ifndef PAGE_SIZE
# define PAGE_SIZE 4096
# endif
/*
* reserve memory for LCD display (always full pages)
*///为LCD分配RAM(内存)空间
/* bss_end is defined in the board-specific linker script */
addr = (_bss_end + (PAGE_SIZE - 1)) & ~(PAGE_SIZE - 1);
size = lcd_setmem (addr);
gd->fb_base = addr; //为显存缓冲区地址变量赋值
#endif /* CONFIG_LCD */
/* armboot_start is defined in the board-specific linker script */
//malloc函数使用缓冲区的初始化
mem_malloc_init (_armboot_start - CFG_MALLOC_LEN);
//如果定义了命令和NAND命令,则初始化nand
#if (CONFIG_COMMANDS & CFG_CMD_NAND)
puts ("NAND: ");
nand_init(); /* go init the NAND */
#endif
#ifdef CONFIG_HAS_DATAFLASH
AT91F_DataflashInit();
dataflash_print_info();
#endif
/* initialize environment 环境的初始化，代码在common\env_common.c中 */
env_relocate ();
#ifdef CONFIG_VFD
/* must do this after the framebuffer is allocated */
drv_vfd_init();
#endif /* CONFIG_VFD */
/* IP Address 为全局变量的成员赋值:IP地址*/
gd->bd->bi_ip_addr = getenv_IPaddr ("ipaddr");//ipaddr在smdk2440.h中的CONFIG_IPADDR中出现,应该是该常量
/* MAC Address *///高处MAC地址 ,并赋给gd的成员变量
{
int i;
ulong reg;
char *s, *e;
char 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;
}
#ifdef CONFIG_HAS_ETH1
i = getenv_r ("eth1addr", tmp, sizeof (tmp));
s = (i > 0) ? tmp : NULL;
for (reg = 0; reg < 6; ++reg) {
gd->bd->bi_enet1addr[reg] = s ? simple_strtoul (s, &e, 16) : 0;
if (s)
s = (*e) ? e + 1 : e;
}
#endif
}
//这个函数涉及好多,我没深入分析,若哪位分析了希望能分享一下:cczy_english@163.com,将不胜感激
devices_init (); /* get the devices list going. */
#ifdef CONFIG_CMC_PU2
load_sernum_ethaddr ();
#endif /* CONFIG_CMC_PU2 */
//初始化跳转表,对gd中的jt(函数跳转表)数组进行初始化,其中保存着一些函数的入口地址
jumptable_init ();
console_init_r (); /* fully init console as a device 我没具体分析内部实现*/
#if defined(CONFIG_MISC_INIT_R)
/* miscellaneous platform dependent initialisations, miscellaneous:各色各样混在一起, 混杂的*/
misc_init_r ();
#endif
/* enable exceptions 设置cpsr的I和F位以充许中断*/
enable_interrupts ();
/* Perform network card initialisation if necessary */
#ifdef CONFIG_DRIVER_CS8900
cs8900_get_enetaddr (gd->bd->bi_enetaddr);
#endif
#if defined(CONFIG_DRIVER_SMC91111) || defined (CONFIG_DRIVER_LAN91C96)
if (getenv ("ethaddr")) {
smc_set_mac_addr(gd->bd->bi_enetaddr);
}
#endif /* CONFIG_DRIVER_SMC91111 || CONFIG_DRIVER_LAN91C96 */
/* Initialize from environment */
if ((s = getenv ("loadaddr")) != NULL) {
load_addr = simple_strtoul (s, NULL, 16);
}
#if (CONFIG_COMMANDS & CFG_CMD_NET)
if ((s = getenv ("bootfile")) != NULL) {
copy_filename (BootFile, s, sizeof (BootFile));
}
#endif /* CFG_CMD_NET */
#ifdef BOARD_LATE_INIT
board_late_init ();
#endif
#if (CONFIG_COMMANDS & CFG_CMD_NET)
#if defined(CONFIG_NET_MULTI)
puts ("Net: ");
#endif
eth_initialize(gd->bd);
#endif
/* main_loop() can return to retry autoboot, if so just run it again. */
//直接进入main_loop 该函数在common\main.c中
//!!!!!!!!至此，硬件初始化完成
for (;;) {
main_loop ();
}
/* NOTREACHED - no way out of command loop except booting */
}
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