第1页 / 共11页
第2页 / 共11页
第3页 / 共11页
第4页 / 共11页
第5页 / 共11页
第6页 / 共11页
第7页 / 共11页
第8页 / 共11页
uboot启动过程分析.pdf
1、uboot 的作用。
相比于 linux 操作系统，uboot 本身不大，能够自启动，作为嵌入式设备的引导
启动，是个好的选择。此外，它具有源码开放、支持多种嵌入式操作系统、丰富
的设备驱动源码等特点。
作用：
1)、为系统启动之前初始化硬件设备、为操作系统准备软件环境。
2)、引导操作系统内核启动。
2、uboot 如何启动内核、如何传参给内核？
2.1、如何启动内核？
在嵌入式设备没有上电运行前，操作系统是放在外存中的(硬盘、外部 flash、
服务器等)。设备一开始上电首先执行的是 uboot（BootLoader），uboot 的运行
有两个阶段：
第一个阶段: uboot 对硬件的初始化,为第二阶段准备运行环境。
1.建立异常向量表。
2.设置 CPU 的模式。禁止中断、cpu 设为 SVC 模式。
3.关开门狗。
4.CPU 时钟初始化。
5.内存初始化。
6.复制第二阶段的代码到内存中。
7.建立映射表并开启 MMU。
8.跳转到指定的内存执行第二阶段。
第二阶段: 初始化串口、网络硬件等，为内核设置启动参数，然后调用内核。
1.初始化 IRQ/FIQ 模式的栈。
2.设置系统时钟、初始化定时器，初始化串口。
3.检查环境参数是否有效，将环境参数读入指定的内存。
4.初始化网络设备。
5.调用内核、启动内核。
第一个阶段启动代码分析:
uboot 的启动入口在 uboot/cpu/xxx/start.S 文件中.
1. reset:
2. @;mrs
3. @;bic
4. @;orr
5. @;msr
6. msr cpsr_c, #0xd3 @ I & F disable, Mode: 0x13 - SVC
r0,cpsr
r0,r0,#0x1f
r0,r0,#0xd3
cpsr,r0
第 2-6 行禁止中断（IRQs 和 FIQs），cpu 设置成 SVC 模式。
_TEXT_BASE:
7.
8. .word TEXT_BASE
第 7-8 行的_TEXT_BASE 就是在 Makefile 中指定的 uboot 链接地址，makefile
１
中指定的 TEXT_BASE 如下：
x210_sd_config : unconfig
@$(MKCONFIG) $(@:_config=) arm s5pc11x x210 samsung s5pc110
@echo "TEXT_BASE = 0xc3e00000" > $(obj)board/samsung/x210/config.mk
9. _TEXT_PHY_BASE:
10. .word CFG_PHY_UBOOT_BASE
11. bl disable_l2cache
12. bl set_l2cache_auxctrl_cycle
13. bl enable_l2cache
14. bl lowlevel_init
/* go setup pll,mux,memory */
15 ldr r0, =PRO_ID_BASE
16 ldr r1, [r0,#OMR_OFFSET]
15. bic r2, r1, #0xffffffc1
第 9-10 行_TEXT_PHY_BASE 是 uboot 的物理地址。
第 11-14 的目的就是刷新并打开 icache，然后调用 lowlevel_init。
第 15-16 行将 r2 寄存器存储一个特定值，用于指定 uboot 以何种方式来启动。
17 lowlevel_init：
......
......
......
/* r0 <- current base addr of code */
/* r1 <- original base addr in ram */
/* r0 <- current base addr of code */
/* compare r0, r1
/* r0 == r1 then skip sdram init
*/
*/
18 ldr r0, =0xff000fff
19 bic r1, pc, r0
20 ldr r2, _TEXT_BASE
21 bic r2, r2, r0
r1, r2
22 cmp
23 beq
1f
24
25 /* init system clock */
26 bl system_clock_init
27
28 /* Memory initialize */
29 bl mem_ctrl_asm_init
30
31 /* get ready to call C functions */
32 ldr sp, _TEXT_PHY_BASE
33 sub sp, sp, #12
34 mov fp, #0
35
36 ldr r0, =0xff000fff
２
/* setup temp stack pointer */
/* no previous frame, so fp=0 */
/* r0 <- current base addr of code */
/* r1 <- original base addr in ram */
37 bic r1, pc, r0
38 ldr r2, _TEXT_BASE
39 bic r2, r2, r0
40 cmp
r1, r2
after_copy
41 beq
/* r0 <- current base addr of code */
/* compare r0, r1
/* r0 == r1 then skip flash copy
*/
*/
第 18-23 行判断当前执行的代码是在 SRAM 还是在 DDR 中，如果在 SRAM 中，
那就要进行初始化 DDR，进行时钟初始化、代码的复制等，如果在 DDR 中，就可
以直接启动。
第 26 行进行时钟的初始化。
第 29 行初始化内存 DDR，在 x210_sd.h 中，起始地址的定义如下：
42. #define MEMORY_BASE_ADDRESS
43. #define MEMORY_BASE_ADDRESS2
44. #define CFG_PHY_UBOOT_BASE
0x30000000
0x40000000
MEMORY_BASE_ADDRESS + 0x3e00000
由 此 可 知 ， uboot 的 可 用 物 理 地 址 为 30000000-4FFFFFFF ， 共 有 512M ，
30000000-3FFFFFFF 为 DMC0，40000000-4FFFFFFF 为 DMC1。
第 32-33 行设置栈，之前已经设置过一次了，那时是在 SRAM 中，SRAM 内存
空间小，现在 DDR 内存可以用了，重新分配大一些的栈空间，为执行第二阶段做
好运行环境。
第 37-41 行判断是否需要重定位，运行地址是在 SRAM 还是 DDR 中，如果在
SRAM 中，要把 uboot 的第二部分加载到 DDR 中链接地址_TEXT_BASE 处。Uboot
刚开始运行的时候，将第一阶段的代码从 SD 卡复制到 SRAM 中运行，第一阶段进
行各种初始化，给第二阶段准备好软件的运行空间后，将第二阶段复制到链接地
址执行，这过程就是重定位。通过调用 movi_bl2_copy 函数复制第二阶段的代
码，，之后建立转换表，也就是作地址映射，代码如下第 45-51 行，映射完后调
用 enable_mmu 使能 MMU。
45. /* Set the TTB register */
46. ldr r0, _mmu_table_base
47. ldr r1, =CFG_PHY_UBOOT_BASE
48. ldr r2, =0xfff00000
49. bic r0, r0, r2
50. orr r1, r0, r1
51. mcr p15, 0, r1, c2, c0, 0
52. ldr sp, =(CFG_UBOOT_BASE + CFG_UBOOT_SIZE - 0x1000)
第 52 行是再次设置栈，这次也是在 DDR 中，只是这次放的地方比较规范。
设置栈好后，进行清理 bss 等，然后执行 start_armboot 进入第二阶段。
３
//typedef int (init_fnc_t) (void);
第二阶段：
53. _start_armboot:
54. .word start_armboot
55.
56. init_fnc_t **init_fnc_ptr;
57.
58. #ifdef CONFIG_MEMORY_UPPER_CODE /* by scsuh */
59. ulong gd_base;
60.
61. gd_base = CFG_UBOOT_BASE + CFG_UBOOT_SIZE - CFG_MALLOC_LEN -
62. CFG_STACK_SIZE - sizeof(gd_t);
63. #ifdef CONFIG_USE_IRQ
64. gd_base -= (CONFIG_STACKSIZE_IRQ+CONFIG_STACKSIZE_FIQ);
65. #endif
66. gd = (gd_t*)gd_base;
67. #else
68. gd = (gd_t*)(_armboot_start - CFG_MALLOC_LEN - sizeof(gd_t));
69. #endif
70. /* compiler optimization barrier needed for GCC >= 3.4 */
71. __asm__ __volatile__("": : :"memory");
72.
73. memset ((void*)gd, 0, sizeof (gd_t));
74. gd->bd = (bd_t*)((char*)gd - sizeof(bd_t));
75. memset (gd->bd, 0, sizeof (bd_t));
76.
77. monitor_flash_len = _bss_start - _armboot_start;
78.
79. for (init_fnc_ptr = init_sequence; *init_fnc_ptr; ++init_fnc_ptr)
80. {
81. if((*init_fnc_ptr)() !=0){
82.
83.
84. }
hang ();
}
第 66 行的 gd 变量定义在 DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR 宏中，#define DECLARE
register volatile gd_t *gd asm ("r8")，gd 是一个 gd_t
_GLOBAL_DATA_PTR
指针类型，放在 r8 寄存器中。gd_t 的结构体定义在 include/asm-arm/global
_data.h 文件中。Uboot 使用它来存放很多的信息，第 86-110 行就是定义了 gd_t
结构体，它还指向了 bd_t 结构体，其定义在第 111-127 行，它有波特率参数、
DDR 内存大小、IP 地址、机器码、环境变量等。都是一些为启动内核准备内核的
参数。
第 73-75 行为结构体分配内存空间，此分配的空间是有讲究的，此指向的起
始空间通过第 68 行计算得到的。
第 79-84 行 是 进 行 一 些 列 的 初 始 化 ， 波 特 率 、 串 口 、 RAM 、 中 断 等 。
４
init_sequence 是一个函数指针数组，里面存放有个初始化函数的函数名。其定
义在 uboot/lib_arm/board.c 文件中
*bd;
86. Typedef struct global_data
87. {
88. bd_t
89.
90. unsigned long flags;
91. unsigned long baudrate;
92. unsigned long have_console; /* serial_init() was called
93. unsigned long reloc_off; /* Relocation Offset
*/
94. unsigned long env_addr; /*Address
95. unsigned long env_valid; /* Checksum of Environment valid? */
96. unsigned long fb_base;
97. #ifdef
98. unsigned char vfd_type; /* display type */
102.
103.
104.
105.
106.
107.
108.
109.
110.
#endif
#if 0
unsigned long cpu_clk;/* CPU clock in Hz!
unsigned long bus_clk;
phys_size_t
unsigned long reset_status;/* reset status register at boot
#endif
/* base address of frame buffer */
ram_size; /* RAM size */
of Environment struct*/
**jt;
/* jump table */
void
} gd_t;
CONFIG_VFD
*/
*/
111.
112.
113.
114.
115.
116.
117.
118.
119.
120.
121.
122.
123.
124.
125.
126.
127.
typedef struct bd_info {
*bi_env;
/* serial console baudrate */
/* IP Address */
int
bi_baudrate;
unsigned long bi_ip_addr;
unsigned char bi_enetaddr[6]; /* Ethernet adress */
struct environment_s
ulong
ulong
struct
{
ulong start;
ulong size;
}bi_dram[CONFIG_NR_DRAM_BANKS];
bi_arch_number;/* unique id for this board */
bi_boot_params;/* where this board expects
/* RAM configuration */
#ifdef
/*
unsigned char
CONFIG_HAS_ETH1
second onboard ethernet port */
#endif
} bd_t;
bi_enet1addr[6];
５
mmc_exist = mmc_initialize(gd->bd);
/* initialize environment */
env_relocate ();
/* IP Address
gd->bd->bi_ip_addr =
*/
getenv_IPaddr ("ipaddr");
/****************lxg added**************/
#ifdef CONFIG_MPAD
extern int x210_preboot_init(void);
x210_preboot_init();
#endif
/****************end**********************/
for (;;) {
main_loop ();
}
128.
129.
130.
131.
132.
133.
134.
135.
136.
137.
138.
139.
140.
141.
142.
143.
第 128 行进行初始化 uboot 的堆管理器，这样 uboot 中也可以 malloc、free
这套机制来申请内存和释放内存。
第 130 行是将环境变量从 SD 卡中读到 DDR 中，第一次运行时 SD 卡中是没有
环境变量的，uboot 是使用自定义默认的环境变量，然后将其写入 SD 中，下一
次启动时，就可以直接从 SD 卡读取环境变量了。
第 32 行获取 IP 地址，第 135-138 行进行一些初始化，以及开始显示的 LOGO。
第 141 执行 main_loop 判断用户是否执行下载模式，在 bootdelay 秒内，用
户是否有数据输入，如果没有就执行 bootcmd 命令，然后执行 do_bootm ，
->do_bootm_linux->theKernel ,执行 theKernel 就启动内核了。
144.
145.
146.
147.
148.
149.
150.
151.
152.
s = getenv ("bootcmd");
debug ("### main_loop: bootcmd=\"%s\"\n", s ? s :
"");
int do_bootm (cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc,
char *argv[])
do_bootm_linux (cmdtp, flag, argc, argv, &images);
theKernel (0, machid, bd->bi_boot_params);
第 151 行的 theKernel 函数参数，各参数对应着在寄存器 R0、R1、R2 中存
放的，R0 = 0，R1 = 机器的 ID，R2 = 启动参数标志列表在 RAM 中的启始基地
址。
给内核传哪些参数？ 在 board_init 函数中，有这样两行代码，
gd->bd->bi_arch_number = MACH_TYPE;
gd->bd->bi_boot_params = (PHYS_SDRAM_1+0x100);
MACH_TYPE 是板子的机器码，和内核一样。bi_boot_params 就是给内核传参
的存放地址。 setup_start_tag，setup_memory_tags，setup_commandline_tag，
setup_initrd_tag，setup_serial_tag，setup_revision_tag，这几个函数都会
６
标有存放的标志，告诉内核当前位置存放的是什么内容。然后调用 tag_next 函
数指向下一个内容。
#define tag_next(t)
((struct tag *)((u32 *)(t) + (t)->hdr.size))
ATAG_CORE：代码开始标志。ATAG_MEM：内存标志。ATAG_CMDLINE：命令行
标志。ATAG_NONE：结束标志。
3、uboot 的移植。
拿到源码包尝试进行编译，make_name_config，由 Readme 文档知道，根据
使用的开发板，就要执行 make_boadr_name_config 命令进行配置，对应的配置
信息在 include/configs/boadr_name.h 中，提示配置成功后，在 make 编译一
下，就会生成 3 个文件：
u-boot.bin：二进制可执行文件，可以直接烧入 ROM、NOR Flash。
u-boot：ELF 格式的可执行文件
u-boot.srec：Motorola S-Record 格式的可执行文件。
一般是将 u-boot.bin 烧录 SD 卡，方便调试。进入 sd_fusing 目录下执行
sd_fusing.sh 脚本，里面可能需要给一些东西，如烧录 sd 的哪个扇区，要烧录
哪个文件名等，都是在该脚本下更改。执行./sd_fusing.sh + 设备名，就可以
烧录。
---编译之前的工作是确保安装正确的交叉编译链工具，这个在 Makefile 中
更改，如下的第 159 行。
153.
154.
155.
156.
157.
158.
159.
160.
ifeq ($(ARCH),arm)
#CROSS_COMPILE = arm-linux-
#CROSS_COMPILE=
/usr/local/arm/4.4.1-eabi-cortex-a8/usr/bin/arm-linux-
#CROSS_COMPILE=
CROSS_COMPILE=
/usr/local/arm/arm-2009q3/bin/arm-none-linux-gnueabi-
Endif
/usr/local/arm/4.2.2-eabi/usr/bin/arm-linux-
161.
162.
163.
164.
165.
smdkv210single_config :
unconfig
@$(MKCONFIG)$(@:_config=)arm s5pc11x smdkc110 samsung s5pc110
@echo "TEXT_BASE = 0xc3e00000" >
$(obj)board/samsung/smdkc110/config.mk
make 配 置 的 过 程 ， Makefile 中 的 代 码 161-165 行 , 配 置 命 令 “ make
smdkv210single_config”，实际的作用就是执行“./mkconfig smdkv210single
arm s5pc11x smdkc110 samsung s5pc110”命令,相当于执行./mkconfig $1 $2 $3
$4 $5 $6（这几个变量是在 mkconfig 文件中使用到），几个变量被赋值为：
（$1=smdkv210single，$2=arm，$3=s5pc11x，$4= smdkc110，$5= samsung，
$4 = s5pc110）
BOARD_NAME = $1，ARCH = $2，CPU = $3，BOARD = $4，VENDOR = $5, SOC = $6。
Mkconfig 文件中的代码：
166.
APPEND=no # Default: Create new config file
７
167.
168.
169.
170.
171.
172.
173.
174.
175.
176.
BOARD_NAME="" # Name to print in make output
while [ $# -gt 0 ] ; do
case "$1" in
--) shift ; break ;;
-a) shift ; APPEND=yes ;;
-n) shift ; BOARD_NAME="${1%%_config}" ; shift ;;
*)
Esac
break ;;
Done
[ "${BOARD_NAME}" ] || BOARD_NAME="$1"
第 176 行执行后，BOARD_NAME 的值等于第一个参数，即“smdkv210single”。
这几个变量都在 mkconfig 文件中用到，就是 Makefile 那边传过来的，用来创建
板子相关的头文件等文件。
在移植的时候要根据串口打印的内容进行修改调试，哪里出错，哪里可以正
常，uboot 初始化的硬件正确，传递的参数正确的情况下，就可以正常启动内核
了。Uboot 的配置一般在 include/configs/.h 文件中，修改相关
的配置信息。有关“CONFIG_”开头是设置一些参数，设置 uboot 的功能，选用
文件中的哪一部分，而“CFG_”用来设置更为细节的参数。以下是移植三星
s5pv210 开发板的例子。
1、修改内存相关信息。
177.
178.
#define SDRAM_BANK_SIZE
#define MEMORY_BASE_ADDRESS
0x10000000
/* 256 MB*/ 内存大小
0x30000000
内存地
在 lowlevel_init.S (board\samsung\smdkc110)文件中，将.set __base,
0x200 修改为.set __base,0x300，此外还要修改 smdkc110 的函数，修改虚拟地
址映射表的基地址 virt_to_phy_smdkc110(ulong addr)
return (addr - 0xc0000000 + 0x30000000)。
2、修改 inand 驱动问题
uboot 启动后，出现 unrecognised EXT_CSD structure version 7 的提示
错误。此提示版本错误。解决办法：在 MMC.C 文件中将 ext_csd_struct > 8（大
于 7 就行）
179.
180.
181.
182.
183.
184.
185.
ext_csd_struct = ext_csd[EXT_CSD_REV];
if (ext_csd_struct > 8) {
printf("unrecognised EXT_CSD structure "
"version %d\n", ext_csd_struct);
err = -1;
goto out;
}
3、串口问题
串口输出的 SD checksum error。初始化串口控制器的代码在
lowlevel_init.S 中的 uart_asm_init 中，其中初始化串口的寄存器用
ELFIN_UART_CONSOLE_BASE 宏作为串口 n 的寄存器的基地址，结合偏移量对寄存
８
相关推荐
2023年江西萍乡中考道德与法治真题及答案.doc
2012年重庆南川中考生物真题及答案.doc
2013年江西师范大学地理学综合及文艺理论基础考研真题.doc
2020年四川甘孜小升初语文真题及答案I卷.doc
2020年注册岩土工程师专业基础考试真题及答案.doc
2023-2024学年福建省厦门市九年级上学期数学月考试题及答案.doc
2021-2022学年辽宁省沈阳市大东区九年级上学期语文期末试题及答案.doc
2022-2023学年北京东城区初三第一学期物理期末试卷及答案.doc
2018上半年江西教师资格初中地理学科知识与教学能力真题及答案.doc
2012年河北国家公务员申论考试真题及答案-省级.doc
2020-2021学年江苏省扬州市江都区邵樊片九年级上学期数学第一次质量检测试题及答案.doc
2022下半年黑龙江教师资格证中学综合素质真题及答案.doc
