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U-Boot启动过程完全分析 Posted on 2010-07-17 21:31 heaad 阅读(2992) 评论(0) 编辑收藏 1.1 U-Boot 工作过程 U-Boot 启动内核的过程可以分为两个阶段，两个阶段的功能如下：（1）第一阶段的功能  硬件设备初始化  加载 U-Boot 第二阶段代码到 RAM 空间  设置好栈  跳转到第二阶段代码入口（2）第二阶段的功能  初始化本阶段使用的硬件设备  检测系统内存映射  将内核从 Flash 读取到 RAM 中  为内核设置启动参数  调用内核 1.1.1 U-Boot 启动第一阶段代码分析第一阶段对应的文件是 cpu/arm920t/start.S 和 board/samsung/mini2440/lowlevel_init.S。 U-Boot 启动第一阶段流程如下：

图 2.1 U-Boot 启动第一阶段流程根据 cpu/arm920t/u-boot.lds 中指定的连接方式： ENTRY(_start) SECTIONS { . = 0x00000000; . = ALIGN(4); .text : { cpu/arm920t/start.o (.text) board/samsung/mini2440/lowlevel_init.o (.text) board/samsung/mini2440/nand_read.o (.text) *(.text) } … … }

第一个链接的是 cpu/arm920t/start.o，因此 u-boot.bin 的入口代码在 cpu/arm920t/start.o 中，其源代码在 cpu/arm920t/start.S 中。下面我们来分析 cpu/arm920t/start.S 的执行。 1. 硬件设备初始化（1）设置异常向量 cpu/arm920t/start.S 开头有如下的代码： .globl _start _start: b start_code /* 复位 */ ldr pc, _undefined_instruction /* 未定义指令向量 */ ldr pc, _software_interrupt ldr pc, _prefetch_abort ldr pc, _data_abort ldr pc, _not_used ldr pc, _irq ldr pc, _fiq /* 软件中断向量 */ /* 预取指令异常向量 */ /* 数据操作异常向量 */ /* 未使用 */ /* irq 中断向量 */ /* fiq 中断向量 */ /* 中断向量表入口地址 */ _undefined_instruction: .word undefined_instruction _software_interrupt: .word software_interrupt _prefetch_abort: .word prefetch_abort _data_abort: .word data_abort _not_used: .word not_used .word irq .word fiq _irq: _fiq: .balignl 16,0xdeadbeef 以上代码设置了 ARM 异常向量表，各个异常向量介绍如下：表 2.1 ARM 异常向量表地址异常进入模式描述 0x00000000 复位管理模式复位电平有效时，产生复位异常，程序跳转到复位处理程序处执行

0x00000004 未定义指令未定义模式遇到不能处理的指令时，产生未定义指令异常 0x00000008 软件中断管理模式执行 SWI 指令产生，用于用户模式下的程序调用特权操作指令 0x0000000c 预存指令中止模式处理器预取指令的地址不存在，或该地址不允许当前指令访问，产生指令预取中止异常 0x00000010 数据操作中止模式处理器数据访问指令的地址不存在，或该地址不允许当前指令访问时，产生数据中止异常 0x00000014 未使用未使用未使用 0x00000018 IRQ IRQ 外部中断请求有效，且 CPSR 中的 I 位为 0 时，产生 IRQ 异常 0x0000001c FIQ FIQ 快速中断请求引脚有效，且 CPSR 中的 F 位为 0 时，产生 FIQ 异常在 cpu/arm920t/start.S 中还有这些异常对应的异常处理程序。当一个异常产生时，CPU 根据异常号在异常向量表中找到对应的异常向量，然后执行异常向量处的跳转指令，CPU 就跳转到对应的异常处理程序执行。其中复位异常向量的指令“b start_code”决定了 U-Boot 启动后将自动跳转到标号“start_code”处执行。（2）CPU 进入 SVC 模式 start_code: /* * set the cpu to SVC32 mode */ mrs r0, cpsr bic r0, r0, #0x1f /*工作模式位清零 */ orr r0, r0, #0xd3 /*工作模式位设置为“10011”（管理模式），并将中断禁止位和快中断禁止位置 1 msr cpsr, r0 以上代码将 CPU 的工作模式位设置为管理模式，并将中断禁止位和快中断禁止位置一，从而屏蔽了 IRQ 和 FIQ 中 */ 断。（3）设置控制寄存器地址

# if defined(CONFIG_S3C2400) # define pWTCON 0x15300000 # define INTMSK 0x14400008 # define CLKDIVN 0x14800014 #else /* s3c2410 与 s3c2440 下面 4 个寄存器地址相同 */ # define pWTCON 0x53000000 # define INTMSK 0x4A000008 /* WATCHDOG 控制寄存器地址 */ /* INTMSK 寄存器地址 */ # define INTSUBMSK 0x4A00001C /* INTSUBMSK 寄存器地址 */ # define CLKDIVN 0x4C000014 /* CLKDIVN 寄存器地址 */ # endif 对与 s3c2440 开发板，以上代码完成了 WATCHDOG，INTMSK，INTSUBMSK，CLKDIVN 四个寄存器的地址的设置。各个寄存器地址参见参考文献[4] 。（4）关闭看门狗 ldr r0, =pWTCON mov r1, #0x0 str r1, [r0] /* 看门狗控制器的最低位为 0 时，看门狗不输出复位信号 */ 以上代码向看门狗控制寄存器写入 0，关闭看门狗。否则在 U-Boot 启动过程中，CPU 将不断重启。（5）屏蔽中断 /* * mask all IRQs by setting all bits in the INTMR - default */ mov r1, #0xffffffff /* 某位被置 1 则对应的中断被屏蔽 */ ldr r0, =INTMSK str r1, [r0] INTMSK 是主中断屏蔽寄存器，每一位对应 SRCPND（中断源引脚寄存器）中的一位，表明 SRCPND 相应位代表的中断请求是否被 CPU 所处理。根据参考文献 4，INTMSK 寄存器是一个 32 位的寄存器，每位对应一个中断，向其中写入 0xffffffff 就将 INTMSK 寄存器全部位置一，从而屏蔽对应的中断。 # if defined(CONFIG_S3C2440) ldr r1, =0x7fff

ldr r0, =INTSUBMSK str r1, [r0] # endif INTSUBMSK 每一位对应 SUBSRCPND 中的一位，表明 SUBSRCPND 相应位代表的中断请求是否被 CPU 所处理。根据参考文献 4，INTSUBMSK 寄存器是一个 32 位的寄存器，但是只使用了低 15 位。向其中写入 0x7fff 就是将 INTSUBMSK 寄存器全部有效位（低 15 位）置一，从而屏蔽对应的中断。（6）设置 MPLLCON,UPLLCON, CLKDIVN # if defined(CONFIG_S3C2440) #define MPLLCON 0x4C000004 #define UPLLCON 0x4C000008 ldr r0, =CLKDIVN mov r1, #5 str r1, [r0] ldr r0, =MPLLCON ldr r1, =0x7F021 str r1, [r0] ldr r0, =UPLLCON ldr r1, =0x38022 str r1, [r0] # else /* FCLK:HCLK:PCLK = 1:2:4 */ /* default FCLK is 120 MHz ! */ ldr r0, =CLKDIVN mov r1, #3 str r1, [r0] #endif CPU 上电几毫秒后，晶振输出稳定，FCLK=Fin（晶振频率），CPU 开始执行指令。但实际上，FCLK 可以高于 Fin，为了提高系统时钟，需要用软件来启用 PLL。这就需要设置 CLKDIVN，MPLLCON，UPLLCON 这 3 个寄存器。

CLKDIVN 寄存器用于设置 FCLK，HCLK，PCLK 三者间的比例，可以根据表 2.2 来设置。表 2.2 S3C2440 的 CLKDIVN 寄存器格式 CLKDIVN 位说明 HDIVN [2:1] 00 : HCLK = FCLK/1. 01 : HCLK = FCLK/2. 初始值 00 10 : HCLK = FCLK/4 （当 CAMDIVN[9] = 0 时） HCLK= FCLK/8 （当 CAMDIVN[9] = 1 时） 11 : HCLK = FCLK/3 （当 CAMDIVN[8] = 0 时） HCLK = FCLK/6 （当 CAMDIVN[8] = 1 时） PDIVN [0] 0: PCLK = HCLK/1 1: PCLK = HCLK/2 0 设置 CLKDIVN 为 5，就将 HDIVN 设置为二进制的 10，由于 CAMDIVN[9]没有被改变过，取默认值 0，因此 HCLK = FCLK/4。 PDIVN 被设置为 1，因此 PCLK= HCLK/2。因此分频比 FCLK:HCLK:PCLK = 1:4:8 。 MPLLCON 寄存器用于设置 FCLK 与 Fin 的倍数。MPLLCON 的位[19:12]称为 MDIV，位[9:4]称为 PDIV，位[1:0]称为 SDIV。对于 S3C2440，FCLK 与 Fin 的关系如下面公式： MPLL(FCLK) = (2×m×Fin)/(p× ) 其中： m=MDIC+8，p=PDIV+2，s=SDIV MPLLCON 与 UPLLCON 的值可以根据参考文献 4 中“PLL VALUE SELECTION TABLE”设置。该表部分摘录如下：表 2.3 推荐 PLL 值输入频率输出频率 MDIV PDIV SDIV 12.0000MHz 48.00 MHz 56(0x38) 12.0000MHz 405.00 MHz 127(0x7f) 2 2 2 1 当 mini2440 系统主频设置为 405MHZ，USB 时钟频率设置为 48MHZ 时，系统可以稳定运行，因此设置 MPLLCON 与 UPLLCON 为： MPLLCON=(0x7f<<12) | (0x02<<4) | (0x01) = 0x7f021 UPLLCON=(0x38<<12) | (0x02<<4) | (0x02) = 0x38022 （7）关闭 MMU，cache 接着往下看：

#ifndef CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT bl cpu_init_crit #endif cpu_init_crit 这段代码在 U-Boot 正常启动时才需要执行，若将 U-Boot 从 RAM 中启动则应该注释掉这段代码。下面分析一下 cpu_init_crit 到底做了什么： 320 #ifndef CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT 321 cpu_init_crit: 322 /* 323 * 使数据 cache 与指令 cache 无效 */ 324 */ 325 mov r0, #0 326 mcr p15, 0, r0, c7, c7, 0 /* 向 c7 写入 0 将使 ICache 与 DCache 无效*/ 327 mcr p15, 0, r0, c8, c7, 0 /* 向 c8 写入 0 将使 TLB 失效 */ 328 329 /* 330 * disable MMU stuff and caches 331 */ 332 mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0 /* 读出控制寄存器到 r0 中 */ 333 bic r0, r0, #0x00002300 @ clear bits 13, 9:8 (--V- --RS) 334 bic r0, r0, #0x00000087 @ clear bits 7, 2:0 (B--- -CAM) 335 orr r0, r0, #0x00000002 @ set bit 2 (A) Align 336 orr r0, r0, #0x00001000 @ set bit 12 (I) I-Cache 337 mcr p15, 0, r0, c1, c0, 0 /* 保存 r0 到控制寄存器 */ 338 339 /* 340 * before relocating, we have to setup RAM timing 341 * because memory timing is board-dependend, you will 342 * find a lowlevel_init.S in your board directory. 343 */ 344 mov ip, lr

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