U-BOOT启动过程分析 经典文章汇集 【都是转载的， 稍后我也总结一下】

bob_zhang2004

6.3.3  U-Boot启动过程
尽管有了调试跟踪手段，甚至也可以通过串口打印信息了，但是不一定能够判断出错原因。如果能够充分理解代码的启动流程，那么对准确地解决和分析问题很有帮助。
开发板上电后，执行U-Boot的第一条指令，然后顺序执行U-Boot启动函数。函数调用顺序如图6.3所示。
看一下board/smsk2410/u-boot.lds这个链接脚本，可以知道目标程序的各部分链接顺序。第一个要链接的是cpu/arm920t/start.o，那么U-Boot的入口指令一定位于这个程序中。下面详细分析一下程序跳转和函数的调用关系以及函数实现。
1．cpu/arm920t/start.S
这个汇编程序是U-Boot的入口程序，开头就是复位向量的代码。

图6.3  U-Boot启动代码流程图

_start: b       reset        //复位向量
       ldr   pc, _undefined_instruction
       ldr   pc, _software_interrupt
       ldr   pc, _prefetch_abort
       ldr   pc, _data_abort
       ldr   pc, _not_used
       ldr   pc, _irq      //中断向量
       ldr   pc, _fiq      //中断向量
…
/* the actual reset code  */
reset:          //复位启动子程序
       /* 设置CPU为SVC32模式 */
       mrs   r0,cpsr
       bic   r0,r0,#0x1f
       orr   r0,r0,#0xd3
       msr   cpsr,r0
/* 关闭看门狗 */

/* 这些初始化代码在系统重起的时候执行，运行时热复位从RAM中启动不执行 */
#ifdef CONFIG_INIT_CRITICAL
       bl    cpu_init_crit
#endif

relocate:                       /* 把U-Boot重新定位到RAM */
       adr   r0, _start          /* r0是代码的当前位置 */
       ldr   r1, _TEXT_BASE      /* 测试判断是从Flash启动，还是RAM */
       cmp     r0, r1          /* 比较r0和r1，调试的时候不要执行重定位 */
       beq     stack_setup    /* 如果r0等于r1，跳过重定位代码 */
       /* 准备重新定位代码 */
       ldr   r2, _armboot_start
       ldr   r3, _bss_start
       sub   r2, r3, r2          /* r2 得到armboot的大小   */
       add   r2, r0, r2          /* r2 得到要复制代码的末尾地址 */
copy_loop: /* 重新定位代码 */
       ldmia r0!, {r3-r10}   /*从源地址[r0]复制 */
       stmia r1!, {r3-r10}   /* 复制到目的地址[r1] */
       cmp   r0, r2          /* 复制数据块直到源数据末尾地址[r2] */
       ble   copy_loop

       /* 初始化堆栈等    */
stack_setup:
       ldr   r0, _TEXT_BASE              /* 上面是128 KiB重定位的u-boot */
       sub   r0, r0, #CFG_MALLOC_LEN     /* 向下是内存分配空间 */
       sub   r0, r0, #CFG_GBL_DATA_SIZE /* 然后是bdinfo结构体地址空间  */
#ifdef CONFIG_USE_IRQ
       sub   r0, r0, #(CONFIG_STACKSIZE_IRQ+CONFIG_STACKSIZE_FIQ)
#endif
       sub   sp, r0, #12     /* 为abort-stack预留3个字 */
clear_bss:
       ldr   r0, _bss_start      /* 找到bss段起始地址 */
       ldr   r1, _bss_end        /*  bss段末尾地址   */
       mov   r2, #0x00000000     /* 清零 */
clbss_l:str r2, [r0]        /* bss段地址空间清零循环...  */
       add   r0, r0, #4
       cmp   r0, r1
       bne   clbss_l
       /* 跳转到start_armboot函数入口，_start_armboot字保存函数入口指针 */
       ldr   pc, _start_armboot
_start_armboot: .word start_armboot     //start_armboot函数在lib_arm/board.c中实现
/* 关键的初始化子程序 */
cpu_init_crit:
……  //初始化CACHE，关闭MMU等操作指令
       /* 初始化RAM时钟。
       * 因为内存时钟是依赖开发板硬件的，所以在board的相应目录下可以找到memsetup.S文件。
       */
       mov   ip, lr
       bl    memsetup        //memsetup子程序在board/smdk2410/memsetup.S中实现
       mov   lr, ip
       mov   pc, lr

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。


void start_armboot (void)
{
       DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR;
       ulong size;
       init_fnc_t **init_fnc_ptr;
       char *s;
       /* Pointer is writable since we allocated a register for it */
       gd = (gd_t*)(_armboot_start - CFG_MALLOC_LEN - sizeof(gd_t));
       /* compiler optimization barrier needed for GCC >= 3.4 */
       __asm__ __volatile__("": : :"memory");
       memset ((void*)gd, 0, sizeof (gd_t));
       gd->bd = (bd_t*)((char*)gd - sizeof(bd_t));
       memset (gd->bd, 0, sizeof (bd_t));
       monitor_flash_len = _bss_start - _armboot_start;
       /* 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 ();
       display_flash_config (size);
       /* _armboot_start 在u-boot.lds链接脚本中定义 */
       mem_malloc_init (_armboot_start - CFG_MALLOC_LEN);
       /* 配置环境变量，重新定位 */
       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 ();      /* 获取列表中的设备 */
       jumptable_init ();
       console_init_r ();    /* 完整地初始化控制台设备 */
       enable_interrupts (); /* 使能例外处理 */
       /* 通过环境变量初始化 */
       if ((s = getenv ("loadaddr")) != NULL) {
               load_addr = simple_strtoul (s, NULL, 16);
       }
       /* main_loop()总是试图自动启动，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 */
       }
       /* NOTREACHED - no way out of command loop except booting */
}

3．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/cmd_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,
};

U-BOOT start_armboot浅析
start_armboot浅析
ARM920t架构的CPU在完成基本的初始化后（ARM汇编代码），就进入它的C语言代码，而C语言代码的入口就是start_armboot, start_armboot在lib_arm/board.c中。start_armboot将完成以下工作。
1.全局数据结构的初始化
比如gd_t结构的初始化:
251         gd = (gd_t*)(_armboot_start – CFG_MALLOC_LEN – sizeof(gd_t));
_armboot_start是u-boot在RAM中的开始地址（对于u-boot最终搬移到RAM中运行的情况）,CFG_MALLOC_LEN在include/configs/.h中定义。

bd_t结构的初始化:
272         gd->bd = (bd_t*)((char*)gd-sizeof(bd_t));
u-boot把bd_t结构紧接着gd_t结构存放。

内存分配的初始化
316         mem_malloc_init(_armboot_start-CFG_MALLOC_LEN);
经过以上的初始化后，u-boot在内存中的布局为（在底端为低地址）
-----------------------------
BSS
-----------------------------
U-BOOT TEXT/DATA
-----------------------------
CFG_MALLOC_LEN
-----------------------------
gd_t
-----------------------------
bd_t
-----------------------------
STACK
-----------------------------
2.调用通用初始化函数
for (init_fnc_ptr = init_sequence; *init_fnc_ptr; ++init_fnc_ptr) {
              if ((*init_fnc_ptr)() != 0) {
                     hang ();
              }
       }
init_sequence[]是init_fnc_t函数指针数组，这个数组包含了众多初始化函数，比如cpu_init，board_init等。

3.初始化具体设备
这一部分包括对Flash，LCD，网络的初始化等，例如
318  #if (CONFIG_COMMANDS & CFG_CMD_NAND)
       puts ("NAND:  ");
       nand_init();            /* go init the NAND */
#endif

367  devices_init();

386  #ifdef CONFIG_DRIVER_CS8900
       cs8900_get_enetaddr (gd->bd->bi_enetaddr);
#endif
4.初始化环境变量
环境变量在通用初始化函数里面，已经初始化一次（env_init），这里调用env_relocate对环境变量进行重新定位。在我的另一篇文章”U-BOOT ENV 实现”中有对环境变量实现的讨论。

5.进入主循环
当然start_armboot除了以上工作外，还完成其它的初始化工作，具体参考lib_arm/board.c，在一切准备就绪之后，就进入u-boot的主循环:
416  for (;;) {
              main_loop ();
       }
main_loop的代码比较长，基本是就是执行用户的输入命令。


下内容来自笔者在中国Linux论坛Linux嵌入技术讨论区的张贴：x`"m
©南开大学嵌入式系统与信息安全实验室学术论坛 -- 我的论坛，我的天地　　Uw/%#*
--------------------------------------------------------------------------------"
aaronwong: u-boot中代码的疑问(_armboot_start与_start)?12Gm
---------------------------=j
我使用的是u-boot-1.3.0-rc2。在cpu/pxa/start.S中，有如下的标号定义： w'
_TEXT_BASE: 7B
.word TEXT_BASE /*uboot映像在SDRAM中的重定位地址，我设置为0xa170 0000 */ k&BnQf
©南开大学嵌入式系统与信息安全实验室学术论坛 -- 我的论坛，我的天地　　A%
.globl _armboot_start /'b&%
_armboot_start: 50m B8
.word _start /*_start是程序入口，链接完毕它的值应该是0xa170 0000=TEXT_BASE*/ 2inlX
/* 这句话的意思应该是在_armboot_start标号处，保存了_start的值，也就是说，_armboot_start是存放_start的地址，该地址对应的存储单元内容是0xa170 0000*/ ~1
/* ©南开大学嵌入式系统与信息安全实验室学术论坛 -- 我的论坛，我的天地　　[-S(
* These are defined in the board-specific linker script. 下面的定义与上面应该是一个意思。 y1sDB
*/ ©南开大学嵌入式系统与信息安全实验室学术论坛 -- 我的论坛，我的天地　　?Ud=F}
.globl _bss_start W8
_bss_start: 4V1kfj
.word __bss_start 5`
＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝ XM
按照上面的理解，__bss_start是uboot 的bss段起始地址，那么uboot映像的大小就是__bss_start - _start；在relocate代码段中计算uboot的大小时，也体现了这一点。 fHK'f0
实际上，_armboot_start并没有实际意义，它只是在"ldr r2, _armboot_start"中用來寻址_start的值而已，_bss_start也是一样的道理，真正有意义的应该是_start和 __bss_start本身。 ;{I
但是，令我不解的是，在C入口函数start_armboot()中(对应文件为lib_arm/board.c)，有如下代码： =-yz!
void start_armboot (void) 6#F[C
{ ©南开大学嵌入式系统与信息安全实验室学术论坛 -- 我的论坛，我的天地　　dCb
......... *=
gd = (gd_t*)(_armboot_start - CFG_MALLOC_LEN - sizeof(gd_t)); //第一句话 7
.......... xfw,,
monitor_flash_len = _bss_start - _armboot_start; //第二句话 =r1m,
............... =cN^x+
mem_malloc_init (_armboot_start - CFG_MALLOC_LEN); //第三句话 W
.......... ?
} ©南开大学嵌入式系统与信息安全实验室学术论坛 -- 我的论坛，我的天地　　u
============================================== v#HG/
按照上面的理解，_armboot_start与_bss_start都是没有实际意义的，它们只是一个地址，有实际意义的是地址中的内容_start和 __bss_start（虽然也还是地址）。象第一句话，其“意图”很明显，是把gd作为全局数据结构体的指针，并初始化为“SDRAM中的uboot起始地址(即TEXT_BASE)－CFG_MALLOC_LEN－全局数据结构体大小”。
1197: a171b070 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT ABS __bss_start m[
1142: a1700000 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT 1 _start QNr+Pc
1197: a171b070 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT ABS __bss_start +=
©南开大学嵌入式系统与信息安全实验室学术论坛 -- 我的论坛，我的天地　　E-Y>
我想: FCNh{M
_start所在的地址是a1700000, eHEsMt
_armboot_start 所在的地址是a1700044, ?
那么 根据这句: 7.Iy
_armboot_start: .word _start } u-boot.s *{|(q#
并提取了monitor_flash_len = _bss_start - _armboot_start;这条语句相关的反汇编代码如下： \
============================== ^o#c7
a1700044 : b?
a1700044: a1700000 .word 0xa1700000 e{Zn
©南开大学嵌入式系统与信息安全实验室学术论坛 -- 我的论坛，我的天地　　>
a1700048 : l#"{w
a1700048: a171b070 .word 0xa171b070 U3sK
©南开大学嵌入式系统与信息安全实验室学术论坛 -- 我的论坛，我的天地　　!.
a171b070 : R
a171b070: 00000000 .word 0x00000000 Q^$
©南开大学嵌入式系统与信息安全实验室学术论坛 -- 我的论坛，我的天地　　MeE9
..... m4
a1700f40: e59f41d0 ldr r4, [pc, #464] ; a1701118  lF-4
//r4=[a1701118]=a1700044 2/NL_;
..... EW0Th
a1700f7c: e59f3198 ldr r3, [pc, #408] ; a170111c  [T4Uwy
//r3=[a1700044]=a1700048 D
a1700f80: e5942000 ldr r2, [r4] 2/0N0
//r2=[a1700044]=a1700000 mV
a1700f84: e59f4194 ldr r4, [pc, #404] ; a1701120  bWFU
//r4=[a1701120]=a1719d24 #Bnq
a1700f88: e5933000 ldr r3, [r3] *
//r3=[a1700048]=a171b070 f1XV
//r2=[a1701124]=a171b070 }
a1700f94: e5823000 str r3, [r2] h`lC]
//monitor_flash_len=[r2]=r3=1b070 mJT:HJ
...... =op4
©南开大学嵌入式系统与信息安全实验室学术论坛 -- 我的论坛，我的天地　　9
a1701118: a1700044 .word 0xa1700044 Z0
a170111c: a1700048 .word 0xa1700048 fr3g(
a1701120: a1719d24 .word 0xa1719d24 EpcDe
a1701124: a171b070 .word 0xa171b070 XT&
======================================== :
上面//是我自己的注释。这表明，你的理解的确是正确的。 :}6
经过这个过程之后，我终于认识到自己的误解在哪里了。原来，我是把"汇编语言中LDR伪指令对符号的引用"与"C语言中对汇编程序中符号/常量/变量的引用"搞混淆了。我想说明以下几点：`[I
©南开大学嵌入式系统与信息安全实验室学术论坛 -- 我的论坛，我的天地　　WY
(1) readelf以及u-boot.map和System.map所给出的符号表中符号的值，实际上是表示符号所在的地址，而不是指符号本身的值。 E?F'R
©南开大学嵌入式系统与信息安全实验室学术论坛 -- 我的论坛，我的天地　　u
(2) 汇编语言中没有指针的概念，因此对符号的引用是"赤裸裸"的。例如： M"
========== wM
.globl _armboot_start J%
_armboot_start: .word _start d_
ldr r2, _armboot_start Kf
========== ,
实际上反汇编以后是： 466
============ ;/g-oE
a1700044 : }b
a1700044: a1700000 .word 0xa1700000 R
a1700074: e51f2038 ldr r2, [pc, #-56] ; a1700044  b b}/4
============ [7A
也就是说，_armboot_start是一个地址0xa1700044，其中的内容是0xa1700000，上面对_armboot_start的引用是直接将其替换为其表示的地址0xa1700044，而非其中的内容0xa1700000。这就是"赤裸裸"的引用。 m
©南开大学嵌入式系统与信息安全实验室学术论坛 -- 我的论坛，我的天地　　)bR;
(3) C语言则不同，对变量/符号/常量的引用必须要通过地址来寻址，不管是全局变量还是局部变量，不同的是局部变量在生命期结束后，所占的地址空间会被释放而已。即使是函数调用时的参数传递，虽然是将实参的值"拷贝"给形参，但"拷贝"的过程也是通过实参和形参的地址来对两者进行访问的。 p
所以，在C语言中的 "monitor_flash_len = _bss_start - _armboot_start" 这句话中对_armboot_star的引用，实际上是把它用作了指针，把它作为访问对象的地址来使用，通过这个地址即a1700044 来访问对应存储空间所存放的内容亦即0xa1700000，_bss_start也是同样的道理。所以这句话实际上是monitor_flash_len =[a1700048]-[0xa1700044]=a171b070-a1700000 = 1b070，这样就得到了正确的结果。 eNe#ij
©南开大学嵌入式系统与信息安全实验室学术论坛 -- 我的论坛，我的天地　　MnK-47
现在，我们再回答最前面的问题：_start的值是什么？_start表示地址0xa1700000 ，在汇编语言中，对_start的"绝对引用"(这里是与用相对寻址进行跳转进行区别)就是将其替换为0xa1700000，但其中存放的内容的的确确就是"b reset"这条指令的机器码，所以如果在C语言中引用_start，得到的结果反而就是这个指令的机器码了。其实这个问题很简单，只是和C语言的引用搅在一起，一些概念被偷换了而已。 *


本文来自ChinaUnix博客，如果查看原文请点：http://blog.chinaunix.net/u/22617/showart_446848.html