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在第一阶段,清 BSS 段之后,CPU 跳转到 sdram 里的 start_armboot() 函数,本文,分析 uboot 启动流程的第二阶段。
start_armboot函数在lib_arm/board.c中定义,是U-Boot第二阶段代码的入口。第二阶段的主要工作是进行单板级别的初始化,初始化 nandflash 、norflash 、初始化串口、设置环境变量、最终跳转到 main_loop 里,接收串口传递进来的各种命令。
一、gd和bd结构体
-
/* Pointer is writable since we allocated a register for it */
-
gd = (gd_t*)(_armboot_start - CFG_MALLOC_LEN - sizeof(gd_t));
-
-
memset ((void*)gd, 0, sizeof (gd_t));
-
gd->bd = (bd_t*)((char*)gd - sizeof(bd_t));
-
memset (gd->bd, 0, sizeof (bd_t));
_armboot_start 是 start.S 中的汇编语言的标号
-
.globl _armboot_start
-
_armboot_start:
-
.word _start
汇编中我们可以通过不同的指令获得一个标号的地址或者标号地址处存放的数据,在 C 中,直接访问一个标号表示获取标号地址处存放的数据,一个无符号整形变量
在include/asm-arm/u-boot-arm.h中:
-
extern ulong _armboot_start; /* code start */
-
extern ulong _bss_start; /* code + data end == BSS start */
前边前一篇文章我们分析过堆栈的划分,为 gd 结构体 留出了128K 的空间,根据上边的代码我们可以知道这 128K 有高到低先放一个 gd_t 类型的结构体,紧挨着又放了一个它的成员 bd_t 类型的结构。
① U-Boot使用了一个结构体gd_t来存储全局数据区的数据,这个结构体在include/asm-arm/global_data.h中定义;
bd_t在include/asm/u-boot.h中定义。
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typedef struct global_data {
-
bd_t *bd;
-
unsigned long flags;
-
unsigned long baudrate; //波特率
-
unsigned long have_console; /* serial_init() was called */
-
unsigned long reloc_off; /* Relocation Offset */
-
unsigned long env_addr; /* Address of Environment struct */
-
unsigned long env_valid; /* Checksum of Environment valid? */
-
unsigned long fb_base; /* base address of frame buffer */
-
#ifdef CONFIG_VFD
-
unsigned char vfd_type; /* display type */
-
#endif
-
#if 0
-
unsigned long cpu_clk; /* CPU clock in Hz! */
-
unsigned long bus_clk;
-
unsigned long ram_size; /* RAM size */
-
unsigned long reset_status; /* reset status register at boot */
-
#endif
-
void **jt; /* jump table */
-
} gd_t;
-
-
typedef struct bd_info {
-
int bi_baudrate; /* serial console baudrate 串口波特率*/
-
unsigned long bi_ip_addr; /* IP Address */
-
unsigned char bi_enetaddr[6]; /* Ethernet adress 以太网地址*/
-
struct environment_s *bi_env;
/* 环境变量开始地址*/
-
ulong bi_arch_number; /* unique id for this board 机器ID*/
-
ulong bi_boot_params; /* where this board expects params 参数区地址*/
-
struct /* RAM configuration */
-
{
-
ulong start;
-
ulong size;
-
} bi_dram[CONFIG_NR_DRAM_BANKS];
-
#ifdef CONFIG_HAS_ETH1
-
/* second onboard ethernet port */
-
unsigned char bi_enet1addr[6];
-
#endif
-
} bd_t;
② 前边的 gd 是个全局变量:
#define DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR register volatile gd_t *gd asm ("r8")
这个声明也避免编译器把r8分配给其它的变量。
任何想要访问全局数据区的代码,只要代码开头加入“DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR”一行代码,然后就可以使用gd指针来访问全局数据区了。
根据U-Boot内存使用图中可以计算gd的值:
gd = TEXT_BASE -CONFIG_SYS_MALLOC_LEN - sizeof(gd_t)
③ U-Boot启动内核时要给内核传递参数,这时就要使用gd_t,bd_t结构体中的信息来设置标记列表。第一阶段调用start_armboot指向C语言执行代码区,首先它要从内存上的重定位数据获得不完全配置的全局数据表格和板级信息表格,即获得gd_t和bd_t,这两个类型变量记录了刚启动时的信息,并将要记录作为引导内核和文件系统的参数,如bootargs等等,并且将来还会在启动内核时,由uboot交由kernel时会有所用。
二、初始化工作
前边分配完了 gd 结构体之后,就开始一系列的初始化工作,初始化函数定义在 init_sequence 中
U-Boot使用一个数组init_sequence来存储对于大多数开发板都要执行的初始化函数的函数指针。
-
for (init_fnc_ptr = init_sequence; *init_fnc_ptr; ++init_fnc_ptr) {
-
if ((*init_fnc_ptr)() != 0) {
-
hang ();
-
}
-
}
-
init_fnc_t *init_sequence[] = {
-
cpu_init, /* basic cpu dependent setup */
-
board_init, /* basic board dependent setup */
-
interrupt_init, /* set up exceptions */
-
env_init, /* initialize environment */
-
init_baudrate, /* initialze baudrate settings */
-
serial_init, /* serial communications setup */
-
console_init_f, /* stage 1 init of console */
-
display_banner, /* say that we are here */
-
#if defined(CONFIG_DISPLAY_CPUINFO)
-
print_cpuinfo, /* display cpu info (and speed) */
-
#endif
-
#if defined(CONFIG_DISPLAY_BOARDINFO)
-
checkboard, /* display board info */
-
#endif
-
dram_init, /* configure available RAM banks */
-
display_dram_config,
-
NULL,
-
};
2.1 cpu_init
cpu/arm920t/cpu.c 初始化irq和fiq模式的栈
-
int cpu_init (void)
-
{
-
/*
-
* setup up stacks if necessary
-
*/
-
#ifdef CONFIG_USE_IRQ
-
IRQ_STACK_START = _armboot_start - CFG_MALLOC_LEN - CFG_GBL_DATA_SIZE - 4;
-
FIQ_STACK_START = IRQ_STACK_START - CONFIG_STACKSIZE_IRQ;
-
#endif
-
return 0;
-
}
如果使用 irq 的话,将这两个宏指向之前分配的栈空间
2.2 board_init
board/smdk2410/smdk2410.c 初始化GPIO
-
int board_init (void)
-
{
-
//获得时钟寄存器的地址,s3c24x0通用无需修改。
-
S3C24X0_CLOCK_POWER * const clk_power = S3C24X0_GetBase_CLOCK_POWER();
-
-
//获得GPIO寄存器的地址,s3c24x0不通用需要增加2440GPIO寄存器。
-
S3C24X0_GPIO * const gpio = S3C24X0_GetBase_GPIO();
-
-
/* to reduce PLL lock time, adjust the LOCKTIME register */
-
clk_power->LOCKTIME = 0xFFFFFF;
-
-
/* configure MPLL */
-
/*MPLL初始化 参数位于./board/smdk2410/smdk2410.c中,2440应有自己的文件以及定义*/
-
clk_power->MPLLCON = ((M_MDIV << 12) + (M_PDIV << 4) + M_SDIV);
-
-
/* some delay between MPLL and UPLL */
-
delay (4000);
-
-
/* configure UPLL */
-
clk_power->UPLLCON = ((U_M_MDIV << 12) + (U_M_PDIV << 4) + U_M_SDIV);
-
-
/* some delay between MPLL and UPLL */
-
delay (8000);
-
-
/* set up the I/O ports */
-
gpio->GPACON = 0x007FFFFF;
-
gpio->GPBCON = 0x00044555;
-
gpio->GPBUP = 0x000007FF;
-
gpio->GPCCON = 0xAAAAAAAA;
-
gpio->GPCUP = 0x0000FFFF;
-
gpio->GPDCON = 0xAAAAAAAA;
-
gpio->GPDUP = 0x0000FFFF;
-
gpio->GPECON = 0xAAAAAAAA;
-
gpio->GPEUP = 0x0000FFFF;
-
gpio->GPFCON = 0x000055AA;
-
gpio->GPFUP = 0x000000FF;
-
gpio->GPGCON = 0xFF95FFBA;
-
gpio->GPGUP = 0x0000FFFF;
-
gpio->GPHCON = 0x002AFAAA;
-
gpio->GPHUP = 0x000007FF;
-
-
/* arch number of SMDK2410-Board */
-
gd->bd->bi_arch_number = MACH_TYPE_SMDK2410;
-
//#define MACH_TYPE_SMDK2410 193 位于./include/asm-asm/Mach-types.h中定义
-
-
/* adress of boot parameters */
-
gd->bd->bi_boot_params = 0x30000100; //内核启动参数存放地址
-
-
//开数据 指令cache
-
icache_enable();
-
dcache_enable();
-
-
return 0;
-
}
重点工作,向 gd 结构体中记录了 机器ID 以及 tag 的存放地址,这俩都是要传递给内核的!!!
2.3 interrupt_init
cpu/arm920t/s3c24x0/interrupt.c 初始化定时器-PWM的初始化,无关紧要
2.4 env_init
common/env_flash.c 检查flash上的环境参数是否有效
-
typedef struct environment_s {
-
unsigned long crc; /* CRC32 over data bytes */
-
unsigned char flags; /* active/obsolete flags */
-
unsigned char data[ENV_SIZE]; /* Environment data */
-
} env_t;
-
env_t *env_ptr = (env_t *)CFG_ENV_ADDR; // 0+0x070000
-
static env_t *flash_addr = (env_t *)CFG_ENV_ADDR; // 0+0x070000
环境变量用一个 environment_s 结构来描述,它被放置在 norflash 的 0x70000 起始的地址处,crc 是环境变量的校验和,全部的环境变量都以字符串的形式存放在 data 数组中,两个环境变量之间用 “\0” 隔开。
-
int env_init(void)
-
{
-
if (crc32(0, env_ptr->data, ENV_SIZE) == env_ptr->crc) {
-
gd->env_addr = (ulong)&(env_ptr->data);
-
gd->env_valid = 1;
-
return(0);
-
}
-
//如果校验失败,则使用默认的环境变量
-
gd->env_addr = (ulong)&default_environment[0]; //将默认环境变量的地址赋给全局指针gd->env_addr
-
gd->env_valid = 0;
-
return (0);
-
}
现在env_ptr指向 Norfalsh 中的0x070000,进行校验,判断环境变量是否可用。
1、uboot 第一次启动,那么 norflash 这个地址处并没有任何东西,校验失败,则使用默认的环境变量,使全局指针 gd->env_addr 指向内存中的默认环境变量,并设置标志位 gd->env_valid 为 0 。
2、uboot 非第一次启动,那么校验成功,将全局指针 gd->env_addr 指向环境变量,并使标志位 gd->env_valid 置一。
默认环境变量的 定义 CONFIG_BOOTARGS 等宏在 Smdk2410.h (include\configs)
-
uchar default_environment[] = {
-
#ifdef CONFIG_BOOTARGS
-
"bootargs=" CONFIG_BOOTARGS "\0"
-
#endif
-
#ifdef CONFIG_BOOTCOMMAND
-
"bootcmd=" CONFIG_BOOTCOMMAND "\0"
-
#endif
-
#ifdef CONFIG_RAMBOOTCOMMAND
-
"ramboot=" CONFIG_RAMBOOTCOMMAND "\0"
-
#endif
-
#ifdef CONFIG_NFSBOOTCOMMAND
-
"nfsboot=" CONFIG_NFSBOOTCOMMAND "\0"
-
#endif
-
#if defined(CONFIG_BOOTDELAY) && (CONFIG_BOOTDELAY >= 0)
-
"bootdelay=" MK_STR(CONFIG_BOOTDELAY) "\0"
-
#endif
-
#if defined(CONFIG_BAUDRATE) && (CONFIG_BAUDRATE >= 0)
-
"baudrate=" MK_STR(CONFIG_BAUDRATE) "\0"
-
#endif
-
#ifdef CONFIG_LOADS_ECHO
-
"loads_echo=" MK_STR(CONFIG_LOADS_ECHO) "\0"
-
#endif
-
#ifdef CONFIG_ETHADDR
-
"ethaddr=" MK_STR(CONFIG_ETHADDR) "\0"
-
#endif
-
#ifdef CONFIG_ETH1ADDR
-
"eth1addr=" MK_STR(CONFIG_ETH1ADDR) "\0"
-
#endif
-
#ifdef CONFIG_ETH2ADDR
-
"eth2addr=" MK_STR(CONFIG_ETH2ADDR) "\0"
-
#endif
-
#ifdef CONFIG_ETH3ADDR
-
"eth3addr=" MK_STR(CONFIG_ETH3ADDR) "\0"
-
#endif
-
#ifdef CONFIG_IPADDR
-
"ipaddr=" MK_STR(CONFIG_IPADDR) "\0"
-
#endif
-
#ifdef CONFIG_SERVERIP
-
"serverip=" MK_STR(CONFIG_SERVERIP) "\0"
-
#endif
-
#ifdef CFG_AUTOLOAD
-
"autoload=" CFG_AUTOLOAD "\0"
-
#endif
-
#ifdef CONFIG_PREBOOT
-
"preboot=" CONFIG_PREBOOT "\0"
-
#endif
-
#ifdef CONFIG_ROOTPATH
-
"rootpath=" MK_STR(CONFIG_ROOTPATH) "\0"
-
#endif
-
#ifdef CONFIG_GATEWAYIP
-
"gatewayip=" MK_STR(CONFIG_GATEWAYIP) "\0"
-
#endif
-
#ifdef CONFIG_NETMASK
-
"netmask=" MK_STR(CONFIG_NETMASK) "\0"
-
#endif
-
#ifdef CONFIG_HOSTNAME
-
"hostname=" MK_STR(CONFIG_HOSTNAME) "\0"
-
#endif
-
#ifdef CONFIG_BOOTFILE
-
"bootfile=" MK_STR(CONFIG_BOOTFILE) "\0"
-
#endif
-
#ifdef CONFIG_LOADADDR
-
"loadaddr=" MK_STR(CONFIG_LOADADDR) "\0"
-
#endif
-
#ifdef CONFIG_CLOCKS_IN_MHZ
-
"clocks_in_mhz=1\0"
-
#endif
-
#if defined(CONFIG_PCI_BOOTDELAY) && (CONFIG_PCI_BOOTDELAY > 0)
-
"pcidelay=" MK_STR(CONFIG_PCI_BOOTDELAY) "\0"
-
#endif
-
#ifdef CONFIG_EXTRA_ENV_SETTINGS
-
CONFIG_EXTRA_ENV_SETTINGS
-
#endif
-
"\0"
-
};
以 "bootargs=" CONFIG_BOOTARGS "\0" 为例:
#define CONFIG_BOOTARGS "root=ramfs devfs=mount console=ttySA0,9600"
确实如同前边说所,data 里边放置的都是一个个字符串,两个环境变量之间 通过 “\0”隔开。
2.5 init_baudrate 设置波特率 首先从环境变量中读取,如果没有则设置为 115200
2.6 serial_init 串口初始化
-
int serial_init (void)
-
{
-
serial_setbrg ();
-
-
return (0);
-
}
-
void serial_setbrg (void)
-
{
-
S3C24X0_UART * const uart = S3C24X0_GetBase_UART(UART_NR);
-
int i;
-
unsigned int reg = 0;
-
-
/* value is calculated so : (int)(PCLK/16./baudrate) -1 */
-
reg = get_PCLK() / (16 * gd->baudrate) - 1;
-
-
/* FIFO enable, Tx/Rx FIFO clear */
-
uart->UFCON = 0x07;
-
uart->UMCON = 0x0;
-
/* Normal,No parity,1 stop,8 bit */
-
uart->ULCON = 0x3;
-
/*
-
* tx=level,rx=edge,disable timeout int.,enable rx error int.,
-
* normal,interrupt or polling
-
*/
-
uart->UCON = 0x245;
-
uart->UBRDIV = reg;
-
-
#ifdef CONFIG_HWFLOW
-
uart->UMCON = 0x1; /* RTS up */
-
#endif
-
for (i = 0; i < 100; i++);
-
}
串口控制寄存器的设置.....以前移植的时候遇到一个问题,get_PCLK() 这个函数需要修改,2410 和 2440 不一样。
2.7 console_init_f 控制台初始化,无关紧要
2.8 display_banner 打印代码段
BSS段等地址信息
2.9 dram_init
-
int dram_init (void)
-
{
-
gd->bd->bi_dram[0].start = PHYS_SDRAM_1;
-
gd->bd->bi_dram[0].size = PHYS_SDRAM_1_SIZE;
-
-
return 0;
-
}
在全局指针 gd 中标记内存范围
2.A display_dram_config 打印 sdram 信息
2.B norflash 初始化
-
#ifndef CFG_NO_FLASH
-
/* configure available FLASH banks */
-
size = flash_init ();
2.C nandflash 初始化
-
#if (CONFIG_COMMANDS & CFG_CMD_NAND)
-
puts ("NAND: ");
-
nand_init(); /* go init the NAND */
2.D 环境变量重定位
-
/* initialize environment */
-
env_relocate ();
-
void env_relocate (void)
-
{
-
DEBUGF ("%s[%d] offset = 0x%lx\n", __FUNCTION__,__LINE__,
-
gd->reloc_off);
-
-
-
//在sdram中开辟一开内存空间并使env_ptr指向它
-
env_ptr = (env_t *)malloc (CFG_ENV_SIZE);
-
DEBUGF ("%s[%d] malloced ENV at %p\n", __FUNCTION__,__LINE__,env_ptr);
-
-
/*
-
* After relocation to RAM, we can always use the "memory" functions
-
*/
-
env_get_char = env_get_char_memory;
-
-
if (gd->env_valid == 0) // 开始的时候使用的默认环境变量,前边提过了
-
puts ("*** Warning - bad CRC, using default environment\n\n");
-
SHOW_BOOT_PROGRESS (-1);
-
-
-
if (sizeof(default_environment) > ENV_SIZE)
-
{
-
puts ("*** Error - default environment is too large\n\n");
-
return;
-
}
-
//向sdram中的env_ptr地址拷贝默认的默认环境变量。
-
memset (env_ptr, 0, sizeof(env_t));//写之前 先初始化
-
memcpy (env_ptr->data,
-
default_environment,
-
sizeof(default_environment));
-
#ifdef CFG_REDUNDAND_ENVIRONMENT
-
env_ptr->flags = 0xFF;
-
#endif
-
env_crc_update (); //env_ptr->crc写入校验值
-
gd->env_valid = 1; //告诉全局gd env可用
-
}
-
else {
-
//如果,使用的非默认的env,也就是 nor中有
-
env_relocate_spec (); //将norflash中的env拷贝到sdram
-
}
-
gd->env_addr = (ulong)&(env_ptr->data); //将sdram中 env->data地址告诉gd
-
-
#ifdef CONFIG_AMIGAONEG3SE
-
disable_nvram();
-
#endif
-
}
-
-
#ifdef CONFIG_AUTO_COMPLETE
-
void env_relocate_spec (void)
-
{
-
//注意次函数从env_relocate()中调用时,env_ptr已经改变为新在内存中开辟的地址
-
//因此次函数功能:将Nor中的env,拷贝到sdram
-
memcpy (env_ptr, (void*)flash_addr, CFG_ENV_SIZE);
-
}
重定位之后,我们在uboot命令行读取到的环境变量都是内存中的,修改后要写回 norflash
-
#ifdef CMD_SAVEENV
-
-
int saveenv(void)
-
{
-
int len, rc;
-
ulong end_addr;
-
ulong flash_sect_addr;
-
-
uchar *env_buffer = (uchar *)env_ptr;//指向flash中的 0+0x070000
-
-
int rcode = 0;
-
-
flash_sect_addr = (ulong)flash_addr; //flash_sect_addr保存的是env_ptr的地址,也就是0x070000
-
len = CFG_ENV_SIZE;
-
-
end_addr = flash_sect_addr + len - 1; //env的末地址
-
-
-
debug ("Protect off %08lX ... %08lX\n",
-
(ulong)flash_sect_addr, end_addr);
-
//后边是一些 擦除 写操作,可以看出nandflash的擦除写都是按sect来的,那么env在Nar中的偏移地址肯定得是sect对齐的。
-
if (flash_sect_protect (0, flash_sect_addr, end_addr))
-
return 1;
-
-
puts ("Erasing Flash...");
-
if (flash_sect_erase (flash_sect_addr, end_addr))
-
return 1;
-
-
puts ("Writing to Flash... ");
-
rc = flash_write((char *)env_buffer, flash_sect_addr, len);
-
if (rc != 0) {
-
flash_perror (rc);
-
rcode = 1;
-
} else {
-
puts ("done\n");
-
}
-
-
/* try to re-protect */
-
(void) flash_sect_protect (1, flash_sect_addr, end_addr);
-
return rcode;
-
}
2.E 从环境变量中获取 ip mac 地址放入全局 gd 结构
-
/* IP Address */
-
gd->bd->bi_ip_addr = getenv_IPaddr ("ipaddr");
-
-
/* MAC Address */
-
{
-
int i;
-
ulong reg;
-
char *s, *e;
-
char tmp[64];
-
-
i = getenv_r ("ethaddr", tmp, sizeof (tmp));
-
s = (i > 0) ? tmp : NULL;
-
-
for (reg = 0; reg < 6; ++reg) {
-
gd->bd->bi_enetaddr[reg] = s ? simple_strtoul (s, &e, 16) : 0;
-
if (s)
-
s = (*e) ? e + 1 : e;
-
}
-
-
#ifdef CONFIG_HAS_ETH1
-
i = getenv_r ("eth1addr", tmp, sizeof (tmp));
-
s = (i > 0) ? tmp : NULL;
-
-
for (reg = 0; reg < 6; ++reg) {
-
gd->bd->bi_enet1addr[reg] = s ? simple_strtoul (s, &e, 16) : 0;
-
if (s)
-
s = (*e) ? e + 1 : e;
-
}
有意思的是,这里用了一个{ },大概是为了防止变量名字冲突?
2.F devices_init (); 设备初始化
2.G jumptable_init ()
-
void jumptable_init (void)
-
{
-
int i;
-
-
gd->jt = (void **) malloc (XF_MAX * sizeof (void *));
-
for (i = 0; i < XF_MAX; i++)
-
gd->jt[i] = (void *) dummy;
-
-
gd->jt[XF_get_version] = (void *) get_version;
-
gd->jt[XF_malloc] = (void *) malloc;
-
gd->jt[XF_free] = (void *) free;
-
gd->jt[XF_getenv] = (void *) getenv;
-
gd->jt[XF_setenv] = (void *) setenv;
-
gd->jt[XF_get_timer] = (void *) get_timer;
-
gd->jt[XF_simple_strtoul] = (void *) simple_strtoul;
-
gd->jt[XF_udelay] = (void *) udelay;
-
#if defined(CONFIG_I386) || defined(CONFIG_PPC)
-
gd->jt[XF_install_hdlr] = (void *) irq_install_handler;
-
gd->jt[XF_free_hdlr] = (void *) irq_free_handler;
-
#endif /* I386 || PPC */
-
#if (CONFIG_COMMANDS & CFG_CMD_I2C)
-
gd->jt[XF_i2c_write] = (void *) i2c_write;
-
gd->jt[XF_i2c_read] = (void *) i2c_read;
-
#endif /* CFG_CMD_I2C */
在全局结构 gd 中记录,函数调用地址登记。
2.H console_init_r 后期控制台初始化
2.H enable_interrupts 在 cpsr 中使能 irq fiq
-
void enable_interrupts (void)
-
{
-
unsigned long temp;
-
__asm__ __volatile__("mrs %0, cpsr\n"
-
"bic %0, %0, #0x80\n"
-
"msr cpsr_c, %0"
-
: "=r" (temp)
-
:
-
: "memory");
-
}
2.I cs8900_get_enetaddr (gd->bd->bi_enetaddr) 网卡初始化
-
#if (CONFIG_COMMANDS & CFG_CMD_NET)
-
#if defined(CONFIG_NET_MULTI)
-
puts ("Net: ");
-
#endif
-
eth_initialize(gd->bd);
2.J 跳转到 uboot 菜单
-
for (;;) {
-
main_loop ();
-
}
总结:
