以下是对u-boot启动过程的详细分析和描述，确保在不改变文章大意的情况下进行伪原创处理：
编译U-Boot后的最后一条链接命令如下图所示。
- 分析start.S文件。我们打开uboot.lds文件，发现链接地址设置为0，因此新的U-Boot只能在NOR Flash上运行。启动文件为start.o。
接下来，我们分析arch/arm/cpu/arm920t/start.S文件，从start_code开始执行。
.globl _start //声明_start为全局符号,该符号将被lds链接脚本使用
_start:
b start_code //跳转到start_code符号处,地址为0x00
ldr pc, _undefined_instruction //0x04
ldr pc, _software_interrupt //0x08
ldr pc, _prefetch_abort //0x0c
ldr pc, _data_abort //0x10
ldr pc, _not_used //0x14
ldr pc, _irq //0x18
ldr pc, _fiq //0x20
_undefined_instruction: .word undefined_instruction //定义_undefined_instruction指向undefined_instruction(32位地址)
_software_interrupt: .word software_interrupt
_prefetch_abort: .word prefetch_abort
_data_abort: .word data_abort
_not_used: .word not_used
_irq: .word irq
_fiq: .word fiq
.balignl 16,0xdeadbeef //balignl的使用，参考http://www.cnblogs.com/lifexy/p/7171507.html
- _start会跳转到start_code处。
start_code: /设置CPSR寄存器,让CPU进入管理模式/ mrs r0, cpsr //读取cpsr的值 bic r0, r0, #0x1f //清除位 orr r0, r0, #0xd3 //位或操作 msr cpsr, r0 //写入cpsrif defined(CONFIG_AT91RM9200DK) || defined(CONFIG_AT91RM9200EK)
/* * 重新定位异常表 */ ldr r0, =_start //加载_start地址 ldr r1, =0x0 //r1等于异常向量基地址 mov r2, #16copyex: subs r2, r2, #1 //减16次,s表示每次减都要更新条件标志位 ldr r3, [r0], #4 //将_start标号后的16个符号存到异常向量基地址0x0~0x3c处 str r3, [r1], #4 bne copyex //直到r2减为0
endif
ifdef CONFIG_S3C24X0
/* 关闭看门狗*/define pWTCON 0x53000000
define INTMSK 0x4A000008 / Interrupt-Controller base addresses /
define INTSUBMSK 0x4A00001C
define CLKDIVN 0x4C000014 / 时钟分频寄存器 /
ldr r0, =pWTCON //加载pWTCON地址 mov r1, #0x0 //设置寄存器值为0 str r1, [r0] //关闭看门狗,使WTCON寄存器=0 /*关闭中断*/ mov r1, #0xffffffff //设置中断掩码 ldr r0, =INTMSK //加载INTMSK地址 str r1, [r0] //关闭所有中断if defined(CONFIG_S3C2410)
ldr r1, =0x3ff //设置次级中断掩码 ldr r0, =INTSUBMSK //加载INTSUBMSK地址 str r1, [r0] //关闭次级所有中断endif
/* 设置时钟频率, FCLK:HCLK:PCLK = 1:2:4 ,而FCLK默认为120Mhz*/ ldr r0, =CLKDIVN //加载CLKDIVN地址 mov r1, #3 //设置分频值 str r1, [r0]ifndef CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT
bl cpu_init_crit //关闭MMU,并初始化各个bankendif
call_board_init_f: ldr sp, =(CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR) //CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR=0x30000f80 bic sp, sp, #7 //sp=0x30000f80 ldr r0,=0x00000000 bl board_init_f
上面的CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR = 0x30000f80，是通过arm-linux-objdump -D u-boot > u-boot.dis生成反汇编，然后从u-boot.dis中获取的。
- 然后进入第一个C函数：board_init_f()。该函数的主要工作是：清空gd指向的结构体，通过init_sequence函数数组来初始化各个函数，并逐步填充gd结构体，最后划分内存区域，将数据保存在gd中，然后调用relocate_code()对U-Boot进行重定位。（gd用于传递给内核的参数）
- 具体代码如下所示：
void board_init_f(ulong bootflag) // bootflag=0x00000000 { bd_t *bd; init_fnc_t *init_fnc_ptr; //函数指针 gd_t id; ulong addr, addr_sp;ifdef CONFIG_PRAM
ulong reg;endif
bootstage_mark_name(BOOTSTAGE_ID_START_UBOOT_F, "board_init_f"); /* 指针是可写的，因为我们为其分配了一个寄存器 */ gd = (gd_t *) ((CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR) & ~0x07);其中，gd是一个全局变量，用于传递给内核的参数。如下图所示，在arch/arm/include/asm/global_data.h中定义，*gd指向r8寄存器，因此r8专门为gd使用。
而CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR之前得到的值为0x30000f80，因此gd=0x30000f80。
- 继续来看board_init_f()：
__asm__ __volatile__("": : :"memory"); //memory:让CPU重新读取内存的数据memset((void )gd, 0, sizeof(gd_t)); //将0x30000f80地址上的gd_t结构体清0 gd->mon_len = _bss_end_ofs; // _bss_end_ofs =__bss_end__ - _start,在反汇编中找到等于0xae4e0,所以mon_len等于U-Boot的数据长度 gd->fdt_blob = (void )getenv_ulong("fdtcontroladdr", 16, (uintptr_t)gd->fdt_blob);
for (init_fnc_ptr = init_sequence; init_fnc_ptr; ++init_fnc_ptr) //调用init_sequence[]数组里的各个函数 { if ((init_fnc_ptr)() != 0) //执行函数,若函数执行出错,则进入hang() { hang (); //打印错误信息,然后一直while } }
上面的init_sequence[]数组中存储了各个函数，例如：board_early_init_f()：设置系统时钟，设置各个GPIO引脚；timer_init()：初始化定时器；env_init()：设置gd的成员变量；init_baudrate()：设置波特率；dram_init()：设置gd->ram_size= 0x04000000（64MB）。
- 继续来看board_init_f()：
addr = CONFIG_SYS_SDRAM_BASE + gd->ram_size; // addr=0x34000000 // CONFIG_SYS_SDRAM_BASE: SDRAM基地址,为0X30000000// gd->ram_size: 等于0x04000000if !(defined(CONFIG_SYS_ICACHE_OFF) && defined(CONFIG_SYS_DCACHE_OFF))
/* 保留TLB表 */ addr -= (4096 * 4); //addr=33FFC000 addr &= ~(0x10000 - 1); // addr=33FF0000, gd->tlb_addr = addr; //将64kB分配给TLB,所以TLB地址为33FF0000~33FFFFFFendif
/ 向下取整到下一个4 kB限制 / addr &= ~(4096 - 1); //4kb对齐, addr=33FF0000 debug("Top of RAM usable for U-Boot at: %08lx\n", addr);
/*
- 保留U-Boot代码、数据和bss的内存
- 向下取整到下一个4 kB限制 */ addr -= gd->mon_len; // 在前面分析过gd->mon_len=0xae4e0, //所以addr=33FF0000 -0xae4e0=33F41B20, addr &= ~(4096 - 1); //4095=0xfff,4kb对齐, addr=33F41000 //所以分配给U-Boot各个段的重定位地址为33F41000~33FFFFFF debug("Reserving %ldk for U-Boot at: %08lx\n", gd->mon_len >> 10, addr);
ifndef CONFIG_SPL_BUILD
addr_sp = addr - TOTAL_MALLOC_LEN; //分配一段malloc空间给addr_sp //TOTAL_MALLOC_LEN=102410244,所以malloc空间为33BF1000~33F40FFF addr_sp -= sizeof (bd_t); //分配一段bd_t结构体大的空间 bd = (bd_t ) addr_sp; //bd指向刚刚分配出来的bd_t结构体 gd->bd = bd; // 0x30000f80处的gd变量的成员bd等于bd_t基地址 addr_sp -= sizeof (gd_t); //分配一个gd_t结构体大的空间 id = (gd_t ) addr_sp; //id指向刚刚分配的gd_t结构体 gd->irq_sp = addr_sp; //0x30000f80处的gd变量的成员irq_sp等于gd_t基地址 addr_sp -= 12; addr_sp &= ~0x07; ... ... relocate_code(addr_sp, id, addr); //进入relocate_code()函数,重定位代码,以及各个符号 // addr_sp: 栈顶,该栈顶向上的位置用来存放gd->irq_sp、id 、gd->bd、malloc、U-Boot、TLB(64kb), //id: 存放 gd_t结构体的首地址 // addr: 等于存放U-Boot重定位地址33F41000 }
执行完board_init_f()后，最终内存会划分如下图所示：
此时U-Boot仍在Flash中运行，然后会进入start.S中的relocate_code()进行U-Boot重定位。
- 接下来进入重定位过程。
- start.S中的relocate_code()代码如下所示：
relocate_code: mov r4, r0 / 保存addr_sp / // addr_sp栈顶值 mov r5, r1 / 保存gd地址 / // id值 mov r6, r2 / 保存目标地址 / // addr值:U-Boot重定位地址/* 设置栈 */stack_setup: mov sp, r4 //设置栈addr_sp adr r0, _start //在顶层目录下system.map符号文件中找到_start =0,所以r0=0 cmp r0, r6 //判断_start(U-Boot重定位之前的地址)和addr(重定位地址)是否一样 beq clear_bss / 跳过重定位 /
mov r1, r6 / r1上面的代码只是将代码复制到SDRAM上，而链接地址内容却没有改变，例如异常向量0x04的代码内容仍然是0x1e0。我们以异常向量0x04为例，来看它的反汇编：
如上图所示，即使U-Boot在SDRAM运行，由于代码没有修改，PC也会跳到0x1e0（Flash地址），这与之前的老U-Boot有很大区别，以前的老U-Boot直接使用SDRAM链接地址，如下图所示：
因此，新的U-Boot采用了动态链接地址的方法，在链接脚本uboot.lds中，可以看到这两个段(.rel.dyn、.dynsym)：
这两个段中保存了各个文件的相对动态信息(.rel.dyn)和动态链接地址的符号(.dynsym)。以上图的.rel.dyn段为例来分析，找到__rel_dyn_start符号处：
如上图所示，其中0x17表示符号的结束标志位，我们以0x20为例来讲解：在之前，我们讲过0x20里面保存的是异常向量0x04跳转的地址(0x1e0)，如下图所示：
因此，接下来的代码会根据0x20里的值0x1e0（Flash地址），将SDRAM的33F41000+0x20的内容改为33F41000+0x1e0（SDRAM地址），以改变U-Boot的链接地址。
- 重定位的剩余代码如下所示：
#ifndef CONFIG_SPL_BUILD /
- 修复.rel.dyn重定位
/
ldr r0, _TEXT_BASE / r0
- 清除bss段。
/重定位完成后,清除bss段/ clear_bss:
ifndef CONFIG_SPL_BUILD
ldr r0, _bss_start_ofs //获取Flash上的bss段起始位置 ldr r1, _bss_end_ofs //获取Flash上的bss段结束位置 mov r4, r6 / reloc addr / //获取r6(SDRAM上的U-Boot基地址) add r0, r0, r4 //加上重定位偏移值,得到SDRAM上的bss段起始位置 add r1, r1, r4 //得到SDRAM上的bss段结束位置 mov r2, #0x00000000 / 清零/ clbss_l: str r2, [r0] / 清零循环... / //开始清除SDRAM上的bss段 add r0, r0, #4 cmp r0, r1 bne clbss_l bl coloured_LED_init bl red_led_on
endif
5.1 继续往下分析。
#ifdef CONFIG_NAND_SPL //未定义,所以不执行
... ...
else //执行else
ldr r0, _board_init_r_ofs //r0=Flash上的board_init_r()函数地址偏移值 adr r1, _start //0 add lr, r0, r1 //返回地址lr=Flash上的board_init_r()函数 add lr, lr, r9 //加上重定位偏移值(r9)后,lr=SDRAM上的board_init_r()函数
/* 设置board_init_r的参数 */ mov r0, r5 /* gd_t */ //r0=id值 mov r1, r6 /* dest_addr */ //r1=U-Boot重定位地址 /* 跳转到board_init_r()函数 */ mov pc, lr //跳转: board_init_r()函数
_board_init_r_ofs: .word board_init_r - _start //获取在Flash上的board_init_r()函数地址偏移值
endif
从上面的代码看出，接下来便会进入U-Boot的board_init_r()函数，该函数会对各个外设进行初始化、环境变量初始化等。U-Boot的启动过程到此便结束了。
