UBOOT源码分析及移植Word格式.docx
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UBOOT源码分析及移植Word格式.docx
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这个脚本的主要功能在于连接目标板平台相关的头文件夹,生成config.h文件包含板子的配置头文件。
使得makefile能根据目标板的这些参数去编译正确的平台相关的子目录。
以smdk2410板为例,执行 makesmdk2410_config,
主要完成三个功能:
@在include文件夹下建立相应的文件(夹)软连接,
#如果是ARM体系将执行以下操作:
#ln-sasm-armasm
#ln-sarch-s3c24x0asm-arm/arch
#ln-sproc-armvasm-arm/proc
@生成Makefile包含文件include/config.mk,内容很简单,定义了四个变量:
ARCH=arm
CPU=arm920t
BOARD=smdk2410
SOC=s3c24x0
@生成include/config.h头文件,只有一行:
/*Automaticallygenerated-donotedit*/
#include"
config/smdk2410.h"
顶层makefile先调用各子目录的makefile,生成目标文件或者目标文件库。
然后再连接所有目标文件(库)生成最终的u-boot.bin。
连接的主要目标(库)如下:
OBJS=cpu/$(CPU)/start.o
LIBS=lib_generic/libgeneric.a
LIBS+=board/$(BOARDDIR)/lib$(BOARD).a
LIBS+=cpu/$(CPU)/lib$(CPU).a
ifdefSOC
LIBS+=cpu/$(CPU)/$(SOC)/lib$(SOC).a
endif
LIBS+=lib_$(ARCH)/lib$(ARCH).a
LIBS+=fs/cramfs/libcramfs.afs/fat/libfat.afs/fdos/libfdos.afs/jffs2/libjffs2.a\
fs/reiserfs/libreiserfs.afs/ext2/libext2fs.a
LIBS+=net/libnet.a
LIBS+=disk/libdisk.a
LIBS+=rtc/librtc.a
LIBS+=dtt/libdtt.a
LIBS+=drivers/libdrivers.a
LIBS+=drivers/nand/libnand.a
LIBS+=drivers/nand_legacy/libnand_legacy.a
LIBS+=drivers/sk98lin/libsk98lin.a
LIBS+=post/libpost.apost/cpu/libcpu.a
LIBS+=common/libcommon.a
LIBS+=$(BOARDLIBS)
显然跟平台相关的主要是:
cpu/$(CPU)/start.o
board/$(BOARDDIR)/lib$(BOARD).a
cpu/$(CPU)/lib$(CPU).a
cpu/$(CPU)/$(SOC)/lib$(SOC).a
lib_$(ARCH)/lib$(ARCH).a
这里面的四个变量定义在include/config.mk(见上述)。
其余的均与平台无关。
所以考虑移植的时候也主要考虑这几个目标文件(库)对应的目录。
关于u-boot的makefile更详细的分析可以参照
3、u-boot的通用目录是怎么做到与平台无关的?
include/config/smdk2410.h
这个头文件中主要定义了两类变量。
一类是选项,前缀是CONFIG_,用来选择处理器、设备接口、命令、属性等,主要用来决定是否编译某些文件或者函数。
另一类是参数,前缀是CFG_,用来定义总线频率、串口波特率、Flash地址等参数。
这些常数参量主要用来支持通用目录中的代码,定义板子资源参数。
这两类宏定义对u-boot的移植性非常关键,比如drive/CS8900.c,对cs8900而言,很多操作都是通用的,但不是所有的板子上面都有这个芯片,即使有它在内存中映射的基地址也是平台相关的。
所以对于smdk2410板,在smdk2410.h中定义了
#defineCONFIG_DRIVER_CS89001/*wehaveaCS8900on-board*/
#defineCS8900_BASE 0x19000300/*IOmodebaseaddress*/
CONFIG_DRIVER_CS8900的定义使得cs8900.c可以被编译(当然还得定义CFG_CMD_NET才行),因为cs8900.c中在函数定义的前面就有编译条件判断:
#ifdefCONFIG_DRIVER_CS8900 如果这个选项没有定义,整个cs8900.c就不会被编译了。
而常数参量CS8900_BASE则用在cs8900.h头文件中定义各个功能寄存器的地址。
u-boot的CS8900工作在IO模式下,只要给定IO寄存器在内存中映射的基地址,其余代码就与平台无关了。
u-boot的命令也是通过目标板的配置头文件来配置的,比如要添加ping命令,就必须添加CFG_CMD_NET和CFG_CMD_PING才行。
不然common/cmd_net.c就不会被编译了。
从这里我可以这么认为,u-boot工程可配置性和移植性可以分为两层:
一是由makefile来实现,配置工程要包含的文件和文件夹上,用什么编译器。
二是由目标板的配置头文件来实现源码级的可配置性,通用性。
主要使用的是#ifdef#else#endif之类来实现的。
4、smkd2410其余重要的文件:
include/s3c24x0.h 定义了s3x24x0芯片的各个特殊功能寄存器(SFR)的地址。
cpu/arm920t/start.s在flash中执行的引导代码,也就是bootloader中的stage1,负责初始化硬件环境,把u-boot从flash加载到RAM中去,然后跳到lib_arm/board.c中的start_armboot中去执行。
lib_arm/board.c u-boot的初始化流程,尤其是u-boot用到的全局数据结构gd,bd的初始化,以及设备和控制台的初始化。
board/smdk2410/flash.c在board目录下代码的都是严重依赖目标板,对于不同的CPU,SOC,ARCH,u-boot都有相对通用的代码,但是板子构成却是多样的,主要是内存地址,flash型号,外围芯片如网络。
对fs2410来说,主要考虑从smdk2410板来移植,差别主要在norflash上面。
二、u-boot的流程、主要的数据结构、内存分配
1、u-boot的启动流程:
从文件层面上看主要流程是在两个文件中:
cpu/arm920t/start.s,lib_arm/board.c,
1)start.s
在flash中执行的引导代码,也就是bootloader中的stage1,负责初始化硬件环境,把u-boot从flash加载到RAM中去,然后跳到lib_arm/board.c中的start_armboot中去执行。
1.1.6版本的start.s流程:
硬件环境初始化:
进入svc模式;
关闭watchdog;
屏蔽所有IRQ掩码;
设置时钟频率FCLK、HCLK、PCLK;
清I/Dcache;
禁止MMU和CACHE;
配置memorycontrol;
重定位:
如果当前代码不在连接指定的地址上(对smdk2410是0x3f000000)则需要把u-boot从当前位置拷贝到RAM指定位置中;
建立堆栈,堆栈是进入C函数前必须初始化的。
清.bss区。
跳到start_armboot函数中执行。
(lib_arm/board.c)
2)lib_arm/board.c:
start_armboot是U-Boot执行的第一个C语言函数,完成系统初始化工作,进入主循环,处理用户输入的命令。
这里只简要列出了主要执行的函数流程:
voidstart_armboot(void)
{
//全局数据变量指针gd占用r8。
DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR;
/*给全局数据变量gd安排空间*/
gd=(gd_t*)(_armboot_start-CFG_MALLOC_LEN-sizeof(gd_t));
memset((void*)gd,0,sizeof(gd_t));
/*给板子数据变量gd->
bd安排空间*/
gd->
bd=(bd_t*)((char*)gd-sizeof(bd_t));
memset(gd->
bd,0,sizeof(bd_t));
monitor_flash_len=_bss_start-_armboot_start;
//取u-boot的长度。
/*顺序执行init_sequence数组中的初始化函数*/
for(init_fnc_ptr=init_sequence;
*init_fnc_ptr;
++init_fnc_ptr){
if((*init_fnc_ptr)()!
=0){
hang();
}
/*配置可用的Flash*/
size=flash_init();
……
/*初始化堆空间*/
mem_malloc_init(_armboot_start-CFG_MALLOC_LEN);
/*重新定位环境变量,*/
env_relocate();
/*从环境变量中获取IP地址*/
bd->
bi_ip_addr=getenv_IPaddr("
ipaddr"
);
/*以太网接口MAC地址*/
……
devices_init();
/*设备初始化*/
jumptable_init();
//跳转表初始化
console_init_r();
/*完整地初始化控制台设备*/
enable_interrupts();
/*使能中断处理*/
/*通过环境变量初始化*/
if((s=getenv("
loadaddr"
))!
=NULL){
load_addr=simple_strtoul(s,NULL,16);
/*main_loop()循环不断执行*/
for(;
;
){
main_loop();
/*主循环函数处理执行用户命令--common/main.c*/
初始化函数序列init_sequence[]
init_sequence[]数组保存着基本的初始化函数指针。
这些函数名称和实现的程序文件在下列注释中。
init_fnc_t*init_sequence[]={
cpu_init,/*基本的处理器相关配置--cpu/arm920t/cpu.c*/
board_init,/*基本的板级相关配置--board/smdk2410/smdk2410.c*/
interrupt_init,/*初始化例外处理--cpu/arm920t/s3c24x0/interrupt.c*/
env_init,/*初始化环境变量--common/env_flash.c*/
init_baudrate,/*初始化波特率设置--lib_arm/board.c*/
serial_init,/*串口通讯设置--cpu/arm920t/s3c24x0/serial.c*/
console_init_f,/*控制台初始化阶段1--common/console.c*/
display_banner,/*打印u-boot信息--lib_arm/board.c*/
dram_init,/*配置可用的RAM--board/smdk2410/smdk2410.c*/
display_dram_config,/*显示RAM的配置大小--lib_arm/board.c*/
NULL,
};
整个u-boot的执行就进入等待用户输入命令,解析并执行命令的死循环中。
2、u-boot主要的数据结构
u-boot的主要功能是用于引导OS的,但是本身也提供许多强大的功能,可以通过输入命令行来完成许多操作。
所以它本身也是一个很完备的系统。
u-boot的大部分操作都是围绕它自身的数据结构,这些数据结构是通用的,但是不同的板子初始化这些数据就不一样了。
所以u-boot的通用代码是依赖于这些重要的数据结构的。
这里说的数据结构其实就是一些全局变量。
1)gd 全局数据变量指针,它保存了u-boot运行需要的全局数据,类型定义:
typedefstructglobal_data{
bd_t*bd;
//boarddatapointor板子数据指针
unsignedlongflags;
//指示标志,如设备已经初始化标志等。
unsignedlongbaudrate;
//串口波特率
unsignedlonghave_console;
/*串口初始化标志*/
unsignedlongreloc_off;
/*重定位偏移,就是实际定向的位置与编译连接时指定的位置之差,一般为0*/
unsignedlongenv_addr;
/*环境参数地址*/
unsignedlongenv_valid;
/*环境参数CRC检验有效标志*/
unsignedlongfb_base;
/*baseaddressofframebuffer*/
#ifdefCONFIG_VFD
unsignedcharvfd_type;
/*displaytype*/
#endif
void**jt;
/*跳转表,1.1.6中用来函数调用地址登记*/
}gd_t;
2)bd板子数据指针。
板子很多重要的参数。
类型定义如下:
typedefstructbd_info{
intbi_baudrate;
/*串口波特率*/
unsignedlongbi_ip_addr;
/*IP地址*/
unsignedcharbi_enetaddr[6];
/*MAC地址*/
structenvironment_s*bi_env;
ulongbi_arch_number;
/*uniqueidforthisboard*/
ulongbi_boot_params;
/*启动参数*/
struct/*RAM配置*/
ulongstart;
ulongsize;
}bi_dram[CONFIG_NR_DRAM_BANKS];
}bd_t;
3)环境变量指针env_t*env_ptr=(env_t*)(&
environment[0]);
(common/env_flash.c)
env_ptr指向环境参数区,系统启动时默认的环境参数environment[],定义在common/environment.c中。
参数解释:
bootdelay定义执行自动启动的等候秒数
baudrate定义串口控制台的波特率
netmask定义以太网接口的掩码
ethaddr定义以太网接口的MAC地址
bootfile定义缺省的下载文件
bootargs定义传递给Linux内核的命令行参数
bootcmd定义自动启动时执行的几条命令
serverip定义tftp服务器端的IP地址
ipaddr定义本地的IP地址
stdin定义标准输入设备,一般是串口
stdout定义标准输出设备,一般是串口
stderr定义标准出错信息输出设备,一般是串口
4)设备相关:
标准IO设备数组evice_t*stdio_devices[]={NULL,NULL,NULL};
设备列表 list_tdevlist=0;
device_t的定义:
include\devices.h中:
typedefstruct{
intflags;
/*Deviceflags:
input/output/system*/
intext;
/*Supportedextensions*/
charname[16];
/*Devicename*/
/*GENERALfunctions*/
int(*start)(void);
/*Tostartthedevice*/
int(*stop)(void);
/*Tostopthedevice*/
/*输出函数*/
void(*putc)(constcharc);
/*Toputachar*/
void(*puts)(constchar*s);
/*Toputastring(accelerator)*/
/*输入函数*/
int(*tstc)(void);
/*Totestifacharisready...*/
int(*getc)(void);
/*Togetthatchar*/
/*Otherfunctions*/
void*priv;
/*Privateextensions*/
}device_t;
u-boot把可以用为控制台输入输出的设备添加到设备列表devlist,并把当前用作标准IO的设备指针加入stdio_devices数组中。
在调用标准IO函数如printf()时将调用stdio_devices数组对应设备的IO函数如putc()。
5)命令相关的数据结构,后面介绍。
6)与具体设备有关的数据结构,
如flash_info_tflash_info[CFG_MAX_FLASH_BANKS];
记录norflash的信息。
nand_info_tnand_info[CFG_MAX_NAND_DEVICE];
nandflash块设备信息
3、u-boot重定位后的内存分布:
对于smdk2410,RAM范围从0x30000000~0x34000000.u-boot占用高端内存区。
从高地址到低地址内存分配如下:
显示缓冲区(.bss_end~34000000)
u-boot(bss,data,text)(33f00000~.bss_end)
heap(formalloc)
gd(globaldata)
bd(boarddata)
stack
....
norflash(0~2M)
三、u-boot的重要细节。
主要分析流程中各函数的功能。
按启动顺序罗列一下启动函数执行细节。
按照函数start_armboot流程进行分析:
1)DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR;
这个宏定义在include/global_data.h中:
#defineDECLARE_GLOBAL_DATA_PTRregistervolatilegd_t*gdasm("
r8"
)
声明一个寄存器变量gd占用r8。
这个宏在所有需要引用全局数据指针gd_t*gd的源码中都有申明。
这个申明也避免编译器把r8分配给其它的变量. 所以gd就是r8,这个指针变量不占用内存。
2)gd=(gd_t*)(_armboot_start-CFG_MALLOC_LEN-sizeof(gd_t));
对全局数据区进行地址分配,_armboot_start为0x3f000000,CFG_MALLOC_LEN是堆大小+环境数据区大小,config/smdk2410.h中CFG_MALLOC_LEN大小定义为192KB.
3)gd->
分配板子数据区bd首地址。
这样结合start.s中栈的分配,
stack_setup:
ldrr0,_TEXT_BASE/*upper128KiB:
relocateduboot*/
subr0,r0,#CFG_MALLOC_LEN/*mallocarea*/
subr0,r0,#CFG_GBL_DATA_SIZE/*bdinfoCFG_GBL
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