uboot 的启动过程及工作原理 汇编部分

uboot 的启动过程及工作原理

 

2.1 启动模式介绍

    大多数 Boot Loader 都包含两种不同的操作模式:"启动加载"模式和"下载"模式,这种区别仅对于开发人员才有意义。但从最终用户的角度看,Boot Loader 的作用就是用来加载操作系统,而并不存在所谓的启动加载模式与下载工作模式的区别。

启动加载(Boot loading)模式:

这种模式也称为"自主"(Autonomous)模式。也即 Boot Loader 从目标机上的某个固态存储设备上将操作系统加载到 RAM 中运行,整个过程并没有用户的介入。这种模式是 Boot Loader 的正常工作模式,因此在嵌入式产品发布的时侯,Boot Loader 显然必须工作在这种模式下。

下载(Downloading)模式:

在这种模式下,目标机上的 Boot Loader 将通过串口连接或网络连接等通信手段从主机(Host)下载文件,比如:下载内核映像和根文件系统映像等。从主机下载的文件通常首先被 BootLoader 保存到目标机的 RAM 中,然后再被 BootLoader 写到目标机上的 FLASH 类固态存储设备中。BootLoader 的这种模式通常在第一次安装内核与根文件系统时被使用;此外,以后的系统更新也会使用 BootLoader 的这种工作模式。工作于这种模式下的 Boot Loader 通常都会向它的终端用户提供一个简单的命令行接口。

   U­Boot 这样功能强大的 Boot Loader 同时支持这两种工作模式,而且允许用户在这两种工作模式之间进行切换。

    大多数 bootloader 都分为阶段 1(stage1)和阶段 2(stage2)两大部分,u­boot 也不例外。依赖于 CPU 体系结构的代码(如 CPU 初始化代码等)通常都放在阶段 1 中且通常用汇编语言实现,而阶段 2 则通常用 C 语言来实现,这样可以实现复杂的功?而且有更好的可读性和移植性。

 

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Stage1通常包括以下步骤：

1、初始化一些必要的硬件 （CPU,内存）

2、为加载Bootloader的stage2准备RAM空间

3、拷贝Bootloader的stage2到RAM空间

4、设置好堆栈

5、跳到Stage2的C入口点

 

Stage2通常包括以下步骤：

1、初始化本阶段要使用的硬件设备（网卡，FLASH等）

2、将内核映像和根文件系统映像从Flash上读到RAM中

3、调用内核

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2.2 阶段 1 介绍

u­boot 的 stage1 代码通常放在 start.s 文件中,它用汇编语言写成,其主要代码部分如下:

2.2.1 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。

     1. board/crane2410/u­boot.lds: 

         ENTRY(_start)   ==> cpu/arm920t/start.S: .globl _start
     2. uboot 代码区(TEXT_BASE = 0x33F80000)定义在 board/crane2410/config.mk

 

2.2.2 设置异常向量

_start: b   reset                      @ 0x00000000
        ldr pc, _undefined_instruction @ 0x00000004
        ldr pc, _software_interrupt    @ 0x00000008
        ldr pc, _prefetch_abort        @ 0x0000000c
        ldr pc, _data_abort            @ 0x00000010
        ldr pc, _not_used              @ 0x00000014
        ldr pc, _irq                   @ 0x00000018
        ldr pc, _fiq                   @ 0x0000001c
                                           
      当发生异常时,执行 cpu/arm920t/interrupts.c 中定义的中断处理函数。

2.2.3 设置 CPU 的模式为 SVC 模式

        mrs     r0,cpsr
        bic     r0,r0,#0x1f
        orr     r0,r0,#0xd3
        msr     cpsr,r0

 

2.2.4 关闭看门狗

#if defined(CONFIG_S3C2400) || defined(CONFIG_S3C2410)
        ldr     r0, =pWTCON
        mov     r1, #0x0     @ 根据三星手册进行调置。
        str     r1, [r0]

 

2.2.5 禁掉所有中断

        mov     r1, #0xffffffff
        ldr     r0, =INTMSK
        str     r1, [r0]
# if defined(CONFIG_S3C2410)
        ldr     r1, =0x3ff
        ldr     r0, =INTSUBMSK
        str     r1, [r0]

 

2.2.6 设置以 CPU 的频率

    默认频率为      FCLK:HCLK:PCLK = 1:2:4,默认 FCLK 的值为 120 MHz,该值为 S3C2410 手册的推荐值。
        ldr     r0, =CLKDIVN
        mov     r1, #3
        str     r1, [r0]

 

2.2.7 设置 CP15

   设置 CP15, 失效指令(I)Cache 和数据(D)Cache 后, 禁止 MMU 与 Cache。
cpu_init_crit:
        mov     r0, #0
        mcr     p15, 0, r0, c7, c7, 0   /* 失效 I/D cache, 见 S3C2410 手册附录的 2-16 */
        mcr     p15, 0, r0, c8, c7, 0   /* 失效 TLB, 见 S3C2410 手册附录的 2-18 */
        /*
         * 禁止 MMU 和 caches, 详见 S3C2410 手册附录 2-11
         */
        mrc     p15, 0, r0, c1, c0, 0
        bic     r0, r0, #0x00002300     /* 清除 bits 13, 9:8 (--V- --RS)
                                 * Bit 8: Disable System Protection
                                 * Bit 7: Disable ROM Protection
                                 * Bit 13: 异常向量表基地址: 0x0000 0000
                                 */
        bic     r0, r0, #0x00000087     /* 清除 bits 7, 2:0 (B--- -CAM)
                                 * Bit 0: MMU disabled
                                 * Bit 1: Alignment Fault checking disabled
                                 * Bit 2: Data cache disabled
                                 * Bit 7: 0 = Little-endian operation
                                  */
         orr     r0, r0, #0x00000002      /* set bit 2 (A) Align, 1 = Fault checking enabled */
         orr     r0, r0, #0x00001000     /* set bit 12 (I) I-Cache, 1 = Instruction cache enabled
*/
         mcr     p15, 0, r0, c1, c0, 0

 

2.2.8 配置内存区控制寄存器

    配置内存区控制寄存器,寄存器的具体值通常由开发板厂商或硬件工程师提供. 如果您对总线周期及外围
芯片非常熟悉, 也可以自己确定, 在 U­BOOT 中的设置文件是 board/crane2410/lowlevel_init.S, 该文件包含lowleve_init 程序段. 详细寄存器设置及值的解释见 3.2.2 启动 AXD 配置开发板一节中的第 5 点.
         mov     ip, lr
         bl      lowlevel_init
         mov     lr, ip

 

2.2.9 安装 U-BOOT 使的栈空间

    下面这段代码只对不是从 Nand Flash 启动的代码段有意义,对从 Nand Flash 启动的代码,没有意义。因为从 Nand Flash 中把 UBOOT 执行代码搬移到 RAM,由 2.1.9 中代码完成.

#ifndef CONFIG_SKIP_RELOCATE_UBOOT
...
#endif
stack_setup:
        ldr    r0, _TEXT_BASE               /* 代码段的起始地址            */
        sub    r0, r0, #CFG_MALLOC_LEN      /* 分配的动态内存区             */
        sub    r0, r0, #CFG_GBL_DATA_SIZE /* UBOOT开发板全局数据存放 */
#ifdef CONFIG_USE_IRQ
        /* 分配 IRQ 和 FIQ 栈空间 */
        sub    r0, r0, #(CONFIG_STACKSIZE_IRQ+CONFIG_STACKSIZE_FIQ)
#endif
        sub    sp, r0, #12                  /* 留下 3 个字为 Abort       */

 

 

2.2.10 BSS 段清 0

clear_bss:
        ldr    r0, _bss_start        /* BSS 段的起始地址         */
        ldr    r1, _bss_end          /* BSS 段的结束地址         */
        mov    r2, #0x00000000              /* BSS 段置 0                     */
clbss_l:str    r2, [r0]              /* 循环清除 BSS 段 */
        add    r0, r0, #4
        cmp    r0, r1
        ble    clbss_l

 

2.2.11 搬移 Nand Flash 代码

   从 Nand Flash 中, 把数据拷贝到 RAM, 是由 copy_myself 程序段完成, 该程序段详细解释见:第七部分的 3.1 节.
#ifdef CONFIG_S3C2410_NAND_BOOT
        bl    copy_myself
        @ jump to ram
        ldr   r1, =on_the_ram
        add pc, r1, #0
        nop
        nop
       1:    b     1b          @ infinite loop
       on_the_ram:
#endif

 

2.2.12 进入 C 代码部分

        ldr     pc, _start_armboot
        _start_armboot: .word start_armboot