uboot小试牛刀大地小神之个人收藏.docx
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uboot小试牛刀大地小神之个人收藏
uboot小试牛刀
大地小神补充:
文章来自:
本文从以下几个方面粗浅地分析u-boot并移植到FS2410板上:
1、u-boot工程的总体结构
2、u-boot的流程、主要的数据结构、内存分配。
3、u-boot的重要细节,主要分析流程中各函数的功能。
4、基于FS2410板子的u-boot移植。
实现了NORFlash和NANDFlash启动,网络功能。
这些认识源于自己移植u-boot过程中查找的资料和对源码的简单阅读。
下面主要以smdk2410为分析对象。
目录
一、u-boot工程的总体结构:
4
1、源代码组织5
2.makefile简要分析5
3、u-boot的通用目录是怎么做到与平台无关的?
8
4、smkd2410其余重要的文件:
10
二、u-boot的流程、主要的数据结构、内存分配11
1、u-boot的启动流程:
11
2、u-boot主要的数据结构16
1)gd全局数据变量指针16
2)bd板子数据指针17
3)环境变量指针18
4)设备相关:
19
5)命令相关的数据结构20
6)与具体设备有关的数据结构20
3、u-boot重定位后的内存分布:
20
三、u-boot的重要细节。
21
1)DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR21
2)gd=(gd_t*)(_armboot_start-CFG_MALLOC_LEN-sizeof(gd_t))21
3)gd->bd=(bd_t*)((char*)gd-sizeof(bd_t))21
4)cpu_init()22
5)board_init22
6)interrupt_init23
7)env_init23
8)init_baudrate23
9)serial_init23
10)console_init_f24
11)dram_init24
12)flash_init24
13)把视频帧缓冲区设置在bss_end后面25
14)mem_malloc_init(_armboot_start-CFG_MALLOC_LEN)26
15)env_relocate() 环境参数区重定位27
16)IP,MAC地址的初始化28
17)devices_init()28
18)jumptable_init()29
19)console_init_r();后期控制台初始化29
20)enable_interrupts(),使能中断30
21)设置CS8900的MAC地址。
31
22)初始化以太网。
32
23)main_loop();定义于common/main.c32
四、关于U-boot中命令相关的编程:
32
1、命令相关的函数和定义32
2、在u-boot中,如何添加一个命令:
36
1)CFG_CMD_* 命令选项位标志。
36
2)定义命令结构体变量37
3)实现命令处理函数。
38
五、U-boot在ST2410的移植,基于NORFLASH和NANDFLASH启动。
39
1、从smdk2410到ST2410:
39
2、移植过程:
40
3、移植要考虑的问题:
41
4、SST39VF1601:
41
5、我实现的flash.c主要部分:
42
6、增加从Nand启动的代码:
51
7、添加网络命令。
63
一、u-boot工程的总体结构:
1、源代码组织
对于ARM而言,主要的目录如下:
board
平台依赖
存放电路板相关的目录文件,每一套板子对应一个目录。
如smdk2410(arm920t)
cpu
平台依赖
存放CPU相关的目录文件,每一款CPU对应一个目录,例如:
arm920t、xscale、i386等目录
lib_arm
平台依赖
存放对ARM体系结构通用的文件,主要用于实现ARM平台通用的函数,如软件浮点。
common
通用
通用的多功能函数实现,如环境,命令,控制台相关的函数实现。
include
通用
头文件和开发板配置文件,所有开发板的配置文件都在configs目录下
lib_generic
通用
通用库函数的实现
net
通用
存放网络协议的程序
drivers
通用
通用的设备驱动程序,主要有以太网接口的驱动,nand驱动。
2.makefile简要分析
所有这些目录的编译连接都是由顶层目录的Makefile来确定的。
在执行make之前,先要执行make$(board)_config对工程进行配置,以确定特定于目标板的各个子目录和头文件。
$(board)_config:
是makefile中的一个伪目标,它传入指定的CPU,ARCH,BOARD,SOC参数去执行mkconfig脚本。
这个脚本的主要功能在于连接目标板平台相关的头文件夹,生成config.h文件包含板子的配置头文件。
使得Makefile能根据目标板的这些参数去编译正确的平台相关的子目录。
以smdk2410板为例,执行 makesmdk2410_config,
主要完成三个功能:
@在include文件夹下建立相应的文件(夹)软连接
#如果是ARM体系将执行以下操作:
#ln-s asm-arm asm
#ln-s arch-s3c24x0 asm-arm/arch
#ln-s proc-armv asm-arm/proc
@生成Makefile包含文件include/config.mk,内容很简单,定义了四个变量
ARCH =arm
CPU =arm920t
BOARD =smdk2410
SOC =s3c24x0
@生成include/config.h头文件,只有一行
/*Automaticallygenerated-donotedit*/
#include"config/smdk2410.h"
顶层makefile先调用各子目录的Makefile,生成目标文件或者目标文件库。
然后再连接所有目标文件(库)生成最终的u-boot.bin。
连接的主要目标(库)如下:
OBJS =cpu/$(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。
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。
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_CS8900 1 /*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。
大地小神补充(针对s3c2410Uboot内存分布图):
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*/
gd->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:
typedef struct global_data{
bd_t *bd; //boarddatapointor板子数据指针
unsignedlong flags; //指示标志,如设备已经初始化标志等。
unsignedlong baudrate;//串口波特率
unsignedlong have_console; /*串口初始化标志*/
unsignedlong reloc_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*/
unsignedlong env_addr; /*环境参数地址*/
unsignedlong env_valid; /*环境参数CRC检验有效标志*/
unsignedlong fb_base; /*baseaddressofframebuffer*/
#ifdefCONFIG_VFD
unsignedchar vfd_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{
int bi_baudrate; /*串口波特率*/
unsignedlong bi_ip_addr; /*IP地址*/
unsignedchar bi_enetaddr[6];/*MAC地址*/
structenvironment_s *bi_env;
ulong bi_arch_number; /*uniqueidforthisboard*/
ulong bi_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
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