uboot启动流程概述_u-boot启动流程分析(1)_平台相关部分

u-boot启动流程分析(1)_平台相关部分

作者：wowo 发布于：2016-5-19 22:38

分类：u-boot分析

1. 前言

本文将结合u-boot的“board—>machine—>arch—>cpu”框架，介绍u-boot中平台相关部分的启动流程。并通过对启动流程的简单分析，掌握u-boot移植的基本方法。

注1：本文所使用的u-boot版本，是2016/4/23从u-boot官网(git://git.denx.de/u-boot.git)导入的一个快照，具体可参考“https://github.com/wowotechX/u-boot”。

注2：为了方便，本文将“平台相关部分的启动流程”，定义为从u-boot启动开始，到board有关的C代码被执行为止。后续的部分，会在下一篇文章中分析。

2. 多平台架构

嵌入式软件工程师，在设计某一个软件的时候，或多或少的都会思考“跨平台”的问题(驱动和系统工程师尤甚)： 这个“软件”是否可以运行于不同的软硬件环境中？

这个“软件”和其它“软件”是否有共同的地方可以抽象出来？

这些问题的本质，是软件工程中的抽象和封装，以最简洁、最高效的方式，实现尽可能多的功能。u-boot作为一个跨平台、跨设备的bootloader，同样会面临这些问题。它的解决方案，就是“board—>machine—>arch—>cpu”框架，如下：

图片1 u-boot多平台架构

该结构其实就是device tree普及之前，linux kernel所采用的结构，它基本上和硬件的拓扑结构保持一致： 一个嵌入式产品，无论是一款手机，还是一块开发板，首先呈现给用户的就是一个可满足产品功能的“硬件实体”，该“实体”包括一些必要的外部设备，如显示屏、按键、麦克风、扬声器等等，它就是图片1中最大的那个方块----board；

除了用户能感知到的外部设备，board上还有一个最重要设备----CPU，是产品的运算和控制中心。不过，众所周知，当今的CPU非常不单纯，它在一个芯片上，尽可能多的集成了和外部设备有关的功能，例如各种各样的设备控制器。这就是传说中的SOC，对应图片1中的“machine”；

SOC里面，涉及到ARCH和CPU的概念，需要注意的是，u-boot的抽象，和ARM等标准抽象(可参考“ARM概念梳理：Architecture, Core, CPU，SOC”中的描述)不一致。如图片1所示，u-boot把arm(包括arm32和arm64)归为一个ARCH大类，而把armv8等抽象为CPU。有点奇葩，大家记着就是了。

基于图片1的架构，u-boot和平台有关的初始化流程，显得比较直观、清晰： 1)u-boot启动后，会先执行CPU(如armv8)的初始化代码。

2)CPU相关的代码，会调用ARCH的公共代码(如arch/arm)。

3)ARCH的公共代码，在适当的时候，调用board有关的接口。u-boot的功能逻辑，大多是由common代码实现，部分和平台有关的部分，则由公共代码声明，由board代码实现。

4)board代码在需要的时候，会调用machine(arch/arm/mach-xxx)提供的接口，实现特定的功能。因此machine的定位是提供一些基础的代码支持，不会直接参与到u-boot的功能逻辑中。

具体请参考后面的分析。

3. 平台相关部分的启动流程分析

本文先不涉及u-boot和平台相关的Kconfig/Makefile部分，以ARM64为例，假定u-boot首先从“arch/arm/cpu/armv8/start.S”的_start接口开始执行。因此我们从_start开始分析。

注3：后续u-boot的移植指南中，会介绍该假定的依据。

注4：启动流程分析的过程中，我们会重点解释、归纳出代码中以CONFIG_为前缀的配置项，后续u-boot的移植工作，大部分就是这些配置项的确定过程。

3.1 _start

_start是u-boot启动后的第一个执行地址，对armv8来说，它只是简单的跳转到reset处执行，如下：

3.2 reset

reset的代码如下：

/* https://github.com/wowotechX/u-boot/blob/x_integration/arch/arm/cpu/armv8/start.S */

reset:

#ifdef CONFIG_SYS_RESET_SCTRL

bl reset_sctrl

#endif

/*

* Could be EL3/EL2/EL1, Initial State:

* Little Endian, MMU Disabled, i/dCache Disabled

*/

adrx0, vectors

switch_el x1, 3f, 2f, 1f

3:msrvbar_el3, x0

mrsx0, scr_el3

orrx0, x0, #0xf/* SCR_EL3.NS|IRQ|FIQ|EA */

msrscr_el3, x0

msrcptr_el3, xzr/* Enable FP/SIMD */

#ifdef COUNTER_FREQUENCY

ldrx0, =COUNTER_FREQUENCY

msrcntfrq_el0, x0/* Initialize CNTFRQ */

#endif

b0f

2:msrvb