U-BOOT内存布局及启动过程浅析

本文以ARC600平台的某一实现为例，对U-BOOT的内存布局和启动方式进行简要的分析。

【内存布局】

在ARC600平台，U-BOOT的内存布局图1所示：

该 布局由board/arc600/u-boot.lds文件定义，在链接的时候生成相应的二进制映像。首先，定义起始地址为0x40800000，接下来 是中断向量表，大小为256字节，按每个中断向量占用4个字节的跳转地址算，最多可以有64个中断向量；第二部分是一些基础性的代码段，它为下一步加载 boot或者kernel做准备，其大小为0x1700字节；第三部分是代码段的后半部分，代码段的大部分代码都在这里；第四部分只读数据区；第五部分为 可读写数据区；第六部分为U-BOOT命令代码区；最后一部分为未初始化数据段。

有一点比较疑惑的就是U-BOOT命令代码区存放的分明是代码，但它却在数据段。内核中会把一些初始化代码放在数据区，因为这些代码只运行一次，放在数据区可以在内核启动后回收该区域内存。但显然U-BOOT命令不可能只运行一次，为何要把它放在数据段？不解！

【启动过程】

众 所周知，U-BOOT是存放在FLASH上的。系统启动时，CPU会映射FLASH到它的内存空间（映射一部分、还是全部FLASH空间？），然后执行 FLASH上的代码。首先，进入cpu/arc600/start.S中的入口_start，进行内存初始化，接着把U-BOOT的前0x1800字节从 FLASH复制到内存的0x40800000处，也就是链接时的地址；然后对bss段进行清零，设置堆栈指针，为运行C函数做准备；下一步，运行C函数检 测在规定时间内是否有按键发生，如有则加载boot的后半部分(0x40801800——DATA_END)并启动boot，无则加载kernel并启动 kernel。U-BOOT启动的前半部分流程如图2所示：

U-BOOT启动的后半部分，会进行heap、环境变量（env）的初始化，PHY驱动的加载等工作，然后进入一个无限循环开始shell的运行，shell运行过程中的内存示意如图3所示。其中，heap和stack依次排列在bss段的后面，图中所示的free area则为U-BOOT未用到的内存。

图 3中，heap区域为malloc()提供内存。在uClib库中，malloc()是通过sbrk()或者mmap()实现的，而sbrk()和 mmap()是在内核中实现的。U-BOOT作为系统最早运行的程序，没有内核的支持。为了实现malloc()，它定义一个32K的heap区域，在此 区域的基础上实现了简化版的sbrk()。

图3中，stack区域是在U-BOOT启动的前半部分中第三步设置的。它首先根据BSS_END、heap大小和stack大小算出stack_bottom的值，然后设置堆栈指针SP和帧指针FP为stack_bottom - 4。

由于水平有限，文中不免会出现疏漏。如发现问题，请发邮件告知我，谢谢！

更新于2009年2月12日
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前几天有个疑惑是为什么U-BOOT命令代码区竟然放在数据段，其实是我理解错了。放在数据段的并不是U-BOOT命令代码区，而是一个数组，该数组中每 一个元素为一个U-BOOT命令结构体，里面包含了命令的名称、最大参数个数、命令主函数指针等。单独作为一个section有两个作用，一是结构清晰， 二是易于添加新命令，添加时只用使用宏U_BOOT_CMD即可。