u-boot啟動(dòng)過(guò)程分析——基于lpc2210的移植代碼

系統(tǒng)啟動(dòng)的入口點(diǎn)。既然我們現(xiàn)在要分析u-boot的啟動(dòng)過(guò)程，就必須先找到u-boot最先實(shí)現(xiàn)的是哪些代碼，最先完成的是哪些任務(wù)。另一方面一個(gè)可執(zhí)行的image必須有一個(gè)入口點(diǎn)，并且只能有一個(gè)全局入口點(diǎn)，所以要通知編譯器這個(gè)入口在哪里。由此我們可以找到程序的入口點(diǎn)是在/board/lpc2210/u-boot.lds中指定的，其中ENTRY(_STart)說(shuō)明程序從_start開(kāi)始運(yùn)行，而他指向的是cpu/arm7tdmi/start.o文件。因?yàn)槲覀冇玫氖茿RM7TDMI的cpu架構(gòu)，在復(fù)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(gè)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(dòng)過(guò)程是多階段實(shí)現(xiàn)的，分了兩個(gè)階段。依賴于cpu體系結(jié)構(gòu)的代碼(如設(shè)備初始化代碼等)通常都放在stage1中，而且通常都是用匯編語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)，以達(dá)到短小精悍的目的。而stage2則通常是用C語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這樣可以實(shí)現(xiàn)復(fù)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(xì)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(kāi)始是在_start，設(shè)置異常向量表，這樣在cpu發(fā)生異常時(shí)就跳轉(zhuǎn)到/cpu/arm7tdmi/interrupts中去執(zhí)行相應(yīng)得中斷代碼。在interrupts文件中大部分的異常代碼都沒(méi)有實(shí)現(xiàn)具體的功能，只是打印一些異常消息，其中關(guān)鍵的是reset中斷代碼，跳到reset入口地址。

reset復(fù)位入口之前有一些段的聲明。在reset中，首先是將cpu設(shè)置為svc32模式下，并屏蔽所有irq和fiq。在u-boot中除了定時(shí)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(luò)等通信等，在u-boot中只要完成一些簡(jiǎn)單的通信就可以了，所以在這里屏蔽掉了所有的中斷響應(yīng)。

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

接下來(lái)是cpu關(guān)鍵設(shè)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(shí)候到外部存儲(chǔ)器中去讀取中斷向量表)和系統(tǒng)頻率。

lowlevel_init，設(shè)定RAM的時(shí)序，并將中斷控制器清零。這些部分和特定的平臺(tái)有關(guān)，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(lái)執(zhí)行，因此必須為加載Boot Loader的stage2準(zhǔn)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(chǔ)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(chǔ)的，所以在計(jì)算搬移大小的時(shí)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(lái)的就是實(shí)際使用的空間。程序用一個(gè)循環(huán)將代碼搬移到0x81180000，即RAM底端1M空間用來(lái)存儲(chǔ)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(yǔ)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?jǐn)?shù)據(jù)所需的空間空下來(lái)，他們的大小是由宏定義給出的，可以在相應(yīng)位置修改。基本內(nèi)存分布圖：

圖3 搬移后內(nèi)存分布情況圖

接下來(lái)是u-boot啟動(dòng)的第二個(gè)階段，是用c代碼寫的，這部分是一些相對(duì)變化不大的部分，我們針對(duì)不同的板子改變它調(diào)用的一些初始化函數(shù)，并且通過(guò)設(shè)置一些宏定義來(lái)改變初始化的流程，所以這些代碼在移植的過(guò)程中并不需要修改，也是錯(cuò)誤相對(duì)較少出現(xiàn)的文件。在文件的開(kāi)始先是定義了一個(gè)函數(shù)指針數(shù)組，通過(guò)這個(gè)數(shù)組，程序通過(guò)一個(gè)循環(huán)來(lái)按順序進(jìn)行常規(guī)的初始化，并在其后通過(guò)一些宏定義來(lái)初始化一些特定的設(shè)備。在最后程序進(jìn)入一個(gè)循環(huán)，main_loop。這個(gè)循環(huán)接收用戶輸入的命令，以設(shè)置參數(shù)或者進(jìn)行啟動(dòng)引導(dǎo)。

本篇文章將分析重點(diǎn)放在了前面的start.s上，是因?yàn)檫@部分無(wú)論在移植還是在調(diào)試過(guò)程中都是最容易出問(wèn)題的地方，要解決問(wèn)題就需要程序員對(duì)代碼進(jìn)行修改，所以在這里簡(jiǎn)單介紹了一下start.s的基本流程，希望能對(duì)大家有所幫助。