Bootloader的基本概念以及內部原理

系統(tǒng)啟動的入口點。既然我們現(xiàn)在要分析u-boot的啟動過程，就必須先找到u-boot最先實現(xiàn)的是哪些代碼，最先完成的是哪些任務。另一方面一個可執(zhí)行的image必須有一個入口點，并且只能有一個全局入口點，所以要通知編譯器這個入口在哪里。由此我們可以找到程序的入口點是在/board/lpc2210/u-boot.lds中指定的，其中ENTRY(_STart)說明程序從_start開始運行，而他指向的是cpu/arm7tdmi/start.o文件。因為我們用的是ARM7TDMI的cpu架構，在復位后從地址0x00000000取它的第一條指令，所以我們將Flash映射到這個地址上，這樣在系統(tǒng)加電后，cpu將首先執(zhí)行u-boot程序。

u-boot的啟動過程是多階段實現(xiàn)的，分了兩個階段。依賴于cpu體系結構的代碼(如設備初始化代碼等)通常都放在stage1中，而且通常都是用匯編語言來實現(xiàn)，以達到短小精悍的目的。而stage2則通常是用C語言來實現(xiàn)的，這樣可以實現(xiàn)復雜的功能，而且代碼具有更好的可讀性和可移植性。

下面我們先詳細分析下stage1中的代碼，如圖2所示：

圖2 Start.s程序流程

代碼真正開始是在_start，設置異常向量表，這樣在cpu發(fā)生異常時就跳轉到/cpu/arm7tdmi/interrupts中去執(zhí)行相應得中斷代碼。在interrupts文件中大部分的異常代碼都沒有實現(xiàn)具體的功能，只是打印一些異常消息，其中關鍵的是reset中斷代碼，跳到reset入口地址。

reset復位入口之前有一些段的聲明。在reset中，首先是將cpu設置為svc32模式下，并屏蔽所有IRQ和fiq。在u-boot中除了定時器使用了中斷外，其他的基本上都不需要使用中斷，比如串口通信和網(wǎng)絡等通信等，在u-boot中只要完成一些簡單的通信就可以了，所以在這里屏蔽掉了所有的中斷響應。

初始化外部總線。這部分首先設置了I/O口功能，包括串口、網(wǎng)絡接口等的設置，其他I/O口都設置為GPIO。然后設置BCFG0~BCFG3，即外部總線控制器。這里bank0對應Flash，設置為16位寬度，總線速度設為最慢，以實現(xiàn)穩(wěn)定的操作;Bank1對應DRAM，設置和Flash相同;Bank2對應RTL8019。

接下來是cpu關鍵設置，包括系統(tǒng)重映射(告訴處理器在系統(tǒng)發(fā)生中斷的時候到外部存儲器中去讀取中斷向量表)和系統(tǒng)頻率。

lowlevel_init，設定RAM的時序，并將中斷控制器清零。這些部分和特定的平臺有關，但大致的流程都是一樣的。

下面就是代碼的搬移階段了。為了獲得更快的執(zhí)行速度，通常把stage2加載到RAM空間中來執(zhí)行，因此必須為加載Boot Loader的stage2準備好一段可用的RAM空間范圍?？臻g大小最好是memory page大小(通常是4KB)的倍數(shù)，一般而言，1M的RAM空間已經(jīng)足夠了。flash中存儲的u-boot可執(zhí)行文件中，代碼段、數(shù)據(jù)段以及BSS段都是首尾相連存儲的，所以在計算搬移大小的時候就是利用了用BSS段的首地址減去代碼的首地址，這樣算出來的就是實際使用的空間。程序用一個循環(huán)將代碼搬移到0x81180000，即RAM底端1M空間用來存儲代碼。然后程序繼續(xù)將中斷向量表搬到RAM的頂端。由于stage2通常是C語言執(zhí)行代碼，所以還要建立堆棧去。在堆棧區(qū)之前還要將malLOC分配的空間以及全局數(shù)據(jù)所需的空間空下來，他們的大小是由宏定義給出的，可以在相應位置修改?；緝却娣植紙D：

圖3 搬移后內存分布情況圖

接下來是u-boot啟動的第二個階段，是用c代碼寫的，這部分是一些相對變化不大的部分，我們針對不同的板子改變它調用的一些初始化函數(shù)，并且通過設置一些宏定義來改變初始化的流程，所以這些代碼在移植的過程中并不需要修改，也是錯誤相對較少出現(xiàn)的文件。在文件的開始先是定義了一個函數(shù)指針數(shù)組，通過這個數(shù)組，程序通過一個循環(huán)來按順序進行常規(guī)的初始化，并在其后通過一些宏定義來初始化一些特定的設備。在最后程序進入一個循環(huán)，main_loop。這個循環(huán)接收用戶輸入的命令，以設置參數(shù)或者進行啟動引導。

本篇文章將分析重點放在了前面的start.s上，是因為這部分無論在移植還是在調試過程中都是最容易出問題的地方，要解決問題就需要程序員對代碼進行修改，所以在這里簡單介紹了一下start.s的基本流程，希望能對大家有所幫助。