2013年4月10日 星期三

[轉]uboot 详细注释讲解

大多数bootloader都分为stage1和stage2两部分,u-boot也不例外。依赖于CPU体系结构的代码(如设备初始化代码等)通常都放在stage1且可以用汇编语言来实现,而stage2则通常用C语言来实现,这样可以实现复杂的功能,而且有更好的可读性和移植性。
1、Stage1 start.S代码结构
u-boot的stage1代码通常放在start.S文件中,他用汇编语言写成,其主要代码部分如下:
(1)定义入口。由于一个可执行的Image必须有一个入口点,并且只能有一个全局入口,通常这个入口放在ROM(Flash)的0x0地址,因此,必须通知编译器以使其知道这个入口,该工作可通过修改连接器脚本来完成。
(2)设置异常向量(Exception Vector)。
(3)设置CPU的速度、时钟频率及终端控制寄存器。
(4)初始化内存控制器。
(5)将ROM中的程序复制到RAM中。
(6)初始化堆栈。
(7)转到RAM中执行,该工作可使用指令ldr pc来完成。
2、Stage2 C语言代码部分
lib_arm/board.c中的start arm boot是C语言开始的函数也是整个启动代码中C语言的主函数,同时还是整个u-boot(armboot)的主函数,该函数只要完成如下操作:
(1)调用一系列的初始化函数。
(2)初始化Flash设备。
(3)初始化系统内存分配函数。
(4)如果目标系统拥有NAND设备,则初始化NAND设备。
(5)如果目标系统有显示设备,则初始化该类设备。
(6)初始化相关网络设备,填写IP、MAC地址等。
(7)进去命令循环(即整个boot的工作循环),接受用户从串口输入的命令,然后进行相应的工作。
3、U-Boot的启动顺序(示例,其他u-boot版本类似)
cpu/arm920t/start.S



@文件包含处理



#include <config .h="">
@由顶层的mkconfig生成,其中只包含了一个文件:configs/&lt;顶层makefile中6个参数的第1个参数&gt;.h
#include <version .h="">
#include <status_led .h="">



/*
 *************************************************************************
 *
 * Jump vector table as in table 3.1 in [1]
 *
 *************************************************************************
 */

注:ARM微处理器支持字节(8位)、半字(16位)、字(32位)3种数据类型
@向量跳转表,每条占四个字节(一个字),地址范围为0x0000 0000~@0x0000 0020
@ARM体系结构规定在上电复位后的起始位置,必须有8条连续的跳

@转指令,通过硬件实现。他们就是异常向量表。ARM在上电复位后,@是从0x00000000开始启动的,其实如果bootloader存在,在执行

@下面第一条指令后,就无条件跳转到start_code,下面一部分并没@执行。设置异常向量表的作用是识别bootloader。以后系统每当有@异常出现,则CPU会根据异常号,从内存的0x00000000处开始查表@做相应的处理

/******************************************************

;当一个异常出现以后,ARM会自动执行以下几个步骤:
;1.把下一条指令的地址放到连接寄存器LR(通常是R14).---保存位置
;2.将相应的CPSR(当前程序状态寄存器)复制到SPSR(备份的程序状态寄存器)中---保存CPSR
;3.根据异常类型,强制设置CPSR的运行模式位
;4.强制PC(程序计数器)从相关异常向量地址取出下一条指令执行,从而跳转到相应的异常处理程序中
*********************************************************/





.globl _start  /*系统复位位置,整个程序入口*/
@_start是GNU汇编器的默认入口标签,.globl将_start声明为外部程序可访问的标签,.globl是GNU汇编的保留关键字,前面加点是GNU汇编的语法
_start: b       start_code   @0x00
@ARM上电后执行的第一条指令,也即复位向量,跳转到start_code

@reset用b,就是因为reset在MMU建立前后都有可能发生
@其他的异常只有在MMU建立之后才会发生
 ldr pc, _undefined_instruction /*未定义指令异常,0x04*/
   ldr pc, _software_interrupt   /*软中断异常,0x08*/
   ldr pc, _prefetch_abort    /*内存操作异常,0x0c*/
   ldr pc, _data_abort     /*数据异常,0x10*/
   ldr pc, _not_used     /*未适用,0x14*/
   ldr pc, _irq      /*慢速中断异常,0x18*/
   ldr pc, _fiq      /*快速中断异常,0x1c*/

@对于ARM数据从内存到CPU之间的移动只能通过L/S指令,如:ldr r0,0x12345678为把0x12345678内存中的数据写到r0中,还有一个就是ldr伪指令,如:ldr r0,=0x12345678为把0x12345678地址写到r0中,mov只能完成寄存器间数据的移动,而且立即数长度限制在8位



_undefined_instruction: .word undefined_instruction
_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
@.word为GNU ARM汇编特有的伪操作,为分配一段字内存单元(分配的单元为字对齐的),可以使用.word把标志符作为常量使用。如_fiq:.word fiq即把fiq存入内存变量_fiq中,也即是把fiq放到地址_fiq中。



 .balignl 16,0xdeadbeef
@.balignl是.balign的变体

@ .align伪操作用于表示对齐方式:通过添加填充字节使当前位置

@满足一定的对齐方式。.balign的作用同.align。
@ .align {alignment} {,fill} {,max}
@  其中:alignment用于指定对齐方式,可能的取值为2的次

@幂,缺省为4。fill是填充内容,缺省用0填充。max是填充字节@数最大值,如果填充字节数超过max,  就不进行对齐,例如:
@  .align 4  /* 指定对齐方式为字对齐 */

【参考好野人的窝,于关u-boot中的.balignl 16,0xdeadbeef的理解http://haoyeren.blog.sohu.com/84511571.html】







/*
 *************************************************************************
 *
 * Startup Code (called from the ARM reset exception vector)
 *
 * do important init only if we don't start from memory!
 * relocate armboot to ram
 * setup stack
 * jump to second stage
 *
 *************************************************************************

@保存变量的数据区,保存一些全局变量,用于BOOT程序从FLASH拷贝@到RAM,或者其它的使用。
@还有一些变量的长度是通过连接脚本里得到,实际上由编译器算出

@来的

_TEXT_BASE:

@因为linux开始地址是0x30000000,我这里是64M SDRAM,所以@TEXT_BASE = 0x33F80000 ???
 .word TEXT_BASE /*uboot映像在SDRAM中的重定位地址*/
@TEXT_BASE在开发板相关的目录中的config.mk文档中定义, 他定

@义了代码在运行时所在的地址, 那么_TEXT_BASE中保存了这个地

@址(这个TEXT_BASE怎么来的还不清楚)





.globl _armboot_start
_armboot_start:
 .word _start
@用_start来初始化_armboot_start。(为什么要这么定义一下还不明白)





/*
 * These are defined in the board-specific linker script.
 */
@下面这些是定义在开发板目录链接脚本中的



.globl _bss_start  
_bss_start:
 .word __bss_start
@__bss_start定义在和开发板相关的u-boot.lds中,_bss_start保存的是__bss_start标号所在的地址。



.globl _bss_end
_bss_end:
 .word _end
@同上,这样赋值是因为代码所在地址非编译时的地址,直接取得该标号对应地址。



@中断的堆栈设置



#ifdef CONFIG_USE_IRQ
/* IRQ stack memory (calculated at run-time) */
.globl IRQ_STACK_START
IRQ_STACK_START:
 .word 0x0badc0de



/* IRQ stack memory (calculated at run-time) */
.globl FIQ_STACK_START
FIQ_STACK_START:
 .word 0x0badc0de
#endif




/*
 * the actual start code
 */
@复位后执行程序
@真正的初始化从这里开始了。其实在CPU一上电以后就是跳到这里执行的
reset:
 /*
  * set the cpu to SVC32 mode
  */
@更改处理器模式为管理模式
@对状态寄存器的修改要按照:读出-修改-写回的顺序来执行
@
    31 30 29 28 ---   7   6   -   4    3   2   1   0
    N  Z  C  V        I   F       M4  M3  M2 M1 M0
                                   0   0   0  0   0     User26 模式
                                   0   0   0  0   1     FIQ26 模式
                                   0   0   0  1   0     IRQ26 模式
                                   0   0   0  1   1     SVC26 模式
                                   1   0   0  0   0     User 模式
                                   1   0   0  0   1     FIQ 模式
                                   1   0   0  1   0     IRQ 模式
                                   1   0   0  1   1     SVC 模式
                                   1   0   1  1   1     ABT 模式
                                   1   1   0  1   1     UND 模式
                                   1   1   1  1   1     SYS 模式



 mrs r0,cpsr
@将cpsr的值读到r0中
 bic r0,r0,#0x1f
@清除M0~M4
 orr r0,r0,#0xd3
@禁止IRQ,FIQ中断,并将处理器置于管理模式
 msr cpsr,r0



@以下是点灯了,这里应该会牵涉到硬件设置,移植的时候应该可以不要
 bl coloured_LED_init
 bl red_LED_on



@针对AT91RM9200进行特殊处理
#if defined(CONFIG_AT91RM9200DK) || defined(CONFIG_AT91RM9200EK)
 /*
  * relocate exception table
  */
 ldr r0, =_start
 ldr r1, =0x0
 mov r2, #16
copyex:
 subs r2, r2, #1
@sub带上了s用来更改进位标志,对于sub来说,若发生借位则C标志置0,没有则为1,这跟adds指令相反!要注意。
 ldr r3, [r0], #4
 str r3, [r1], #4
 bne copyex
#endif



@针对S3C2400和S3C2410进行特殊处理
@CONFIG_S3C2400、CONFIG_S3C2410等定义在include/configs/下不同开发板的头文件中
#if defined(CONFIG_S3C2400) || defined(CONFIG_S3C2410)
 /* turn off the watchdog */



@关闭看门狗定时器的自动复位功能并屏蔽所有中断,上电后看门狗为开,中断为关
# if defined(CONFIG_S3C2400)
#  define pWTCON  0x15300000
#  define INTMSK  0x14400008 /* Interupt-Controller base addresses */
#  define CLKDIVN 0x14800014 /* clock divisor register */
#else @s3c2410的配置
#  define pWTCON  0x53000000
@pWTCON定义为看门狗控制寄存器的地址(s3c2410和s3c2440相同)
#  define INTMSK  0x4A000008 /* Interupt-Controller base addresses */
@INTMSK定义为主中断屏蔽寄存器的地址(s3c2410和s3c2440相同)
#  define INTSUBMSK  0x4A00001C
@INTSUBMSK定义为副中断屏蔽寄存器的地址(s3c2410和s3c2440相同)
#  define CLKDIVN  0x4C000014 /* clock divisor register */
@CLKDIVN定义为时钟分频控制寄存器的地址(s3c2410和s3c2440相同)
# endif
@至此寄存器地址设置完毕



 ldr     r0, =pWTCON
 mov     r1, #0x0
 str     r1, [r0]
@对于S3C2440和S3C2410的WTCON寄存器的[0]控制允许或禁止看门狗定时器的复位输出功能,设置为“0”禁止复位功能。



 /*
  * mask all IRQs by setting all bits in the INTMR - default
  */
 mov r1, #0xffffffff
 ldr r0, =INTMSK
 str r1, [r0]
# if defined(CONFIG_S3C2410)
 ldr r1, =0x3ff  @2410好像应该为7ff才对(不理解uboot为何是这个数字)
 ldr r0, =INTSUBMSK
 str r1, [r0]
# endif
@对于S3C2410的INTMSK寄存器的32位和INTSUBMSK寄存器的低11位每一位对应一个中断,相应位置“1”为不响应相应的中断。对于S3C2440的INTSUBMSK有15位可用,所以应该为0x7fff了。



 /* FCLK:HCLK:PCLK = 1:2:4 */
 /* default FCLK is 120 MHz ! */
 ldr r0, =CLKDIVN
 mov r1, #3
 str r1, [r0]
@时钟分频设置,FCLK为核心提供时钟,HCLK为AHB(ARM920T,内存@控制器,中断控制器,LCD控制器,DMA和主USB模块)提供时钟,@PCLK为APB(看门狗、IIS、I2C、PWM、MMC、ADC、UART、GPIO、@RTC、SPI)提供时钟。分频数一般选择1:4:8,所以HDIVN=2,PDIVN=1,@CLKDIVN=5,这里仅仅是配置了分频寄存器,关于MPLLCON的配置肯@定写在lowlevel_init.S中了
@归纳出CLKDIVN的值跟分频的关系:
@0x0 = 1:1:1  ,  0x1 = 1:1:2 , 0x2 = 1:2:2  ,  0x3 = 1:2:4,  0x4 = 1:4:4,  0x5 = 1:4:8, 0x6 = 1:3:3,
0x7 = 1:3:6
@S3C2440的输出时钟计算式为:Mpll=(2*m*Fin)/(p*2^s)
S3C2410的输出时钟计算式为:Mpll=(m*Fin)/(p*2^s)
m=M(the value for divider M)+8;p=P(the value for divider P)+2
M,P,S的选择根据datasheet中PLL VALUE SELECTION TABLE表格进行,

我的开发板晶振为16.9344M,所以输出频率选为:399.65M的话M=0x6e,P=3,S=1
@s3c2440增加了摄像头,其FCLK、HCLK、PCLK的分频数还受到CAMDIVN[9](默认为0),CAMDIVN[8](默认为0)的影响
#endif /* CONFIG_S3C2400 || CONFIG_S3C2410 */



 /*
  * we do sys-critical inits only at reboot,
  * not when booting from ram!
  */
@选择是否初始化CPU
#ifndef CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT
 bl cpu_init_crit
@执行CPU初始化,BL完成跳转的同时会把后面紧跟的一条指令地址保存到连接寄存器LR(R14)中。以使子程序执行完后正常返回。
#endif



@调试阶段的代码是直接在RAM中运行的,而最后需要把这些代码 @固化到Flash中,因此U-Boot需要自己从Flash转移到
@RAM中运行,这也是重定向的目的所在。
@通过adr指令得到当前代码的地址信息:如果U-boot是从RAM @开始运行,则从adr,r0,_start得到的地址信息为
@r0=_start=_TEXT_BASE=TEXT_BASE=0x33F80000; @如果U-boot从Flash开始运行,即从处理器对应的地址运行,
@则r0=0x0000,这时将会执行copy_loop标识的那段代码了。
@ _TEXT_BASE 定义在board/smdk2410/config.mk中

#ifndef CONFIG_SKIP_RELOCATE_UBOOT
relocate:    /* relocate U-Boot to RAM     */
 adr r0, _start  /* r0 </status_led></version></config>

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