 前言bootloader是系统上电后最初加载运行的代码。它提供了处理器上电复位后最开始需要执行的初始化代码。 PC机上引导程序一般由BIOS开始执行，然后读取硬盘中位于MBR(Main Boot Record，主引导记录)中的Bootloader(例如LILO或GRUB),并进一步引导操作系统的启动。 嵌入式系统中通常没有像BIOS那样的固件程序，因此整个系统的加载启动就完全由bootloader来完成，它主要的功能是加载与引导内核映像。 一个嵌入式的存储设备通过通常包括四个分区： · 第一个分区：存放的当然是u-boot · 第二个分区：存放着u-boot要传给系统内核的参数 · 第三个分区：是系统内核（kernel） · 第四个分区：则是根文件系统  进入开发板/sys/class/mtd/目录下，执行ls命令查看 ： mtd0 mtd1 mtd2 mtd3 mtd4 mtd5 mtd0ro mtd1ro mtd2ro mtd3ro mtd4ro mtd5ro 开发板存储设置被分成5个区： cat mtd0/name U-Boot cat mtd1/name U-Boot Env cat mtd2/name U-Boot Logo cat mtd3/name Kernel cat mtd4/name File System
|
| 地址 | 异常 | 进入模式 | 描述 | ||||
| 0x00000000 | 复位 | 管理模式 | 复位电平有效时，产生复位异常，程序跳转到复位处理程序处执行 | ||||
| 0x00000004 | 未定义指令 | 未定义模式 | 遇到不能处理的指令时，产生未定义指令异常 | ||||
| 0x00000008 | 软件中断 | 管理模式 | 执行SWI指令产生，用于用户模式下的程序调用特权操作指令 | ||||
| 0x0000000c | 预存指令 | 中止模式 | 处理器预取指令的地址不存在，或该地址不允许当前指令访问，产生指令预取中止异常 | ||||
| 0x00000010 | 数据操作 | 中止模式 | 处理器数据访问指令的地址不存在，或该地址不允许当前指令访问时，产生数据中止异常 | ||||
| 0x00000014 | 未使用 | 未使用 | 未使用 | ||||
| 0x00000018 | IRQ | IRQ | 外部中断请求有效，且CPSR中的I位为0时，产生IRQ异常 | ||||
| 0x0000001c | FIQ | FIQ | 快速中断请求引脚有效，且CPSR中的F位为0时，产生FIQ异常 | ||||
在cpu/arm_cortexa8/start.S中还有这些异常对应的异常处理程序。当一个异常产生时，CPU根据异常号在异常向量表中找到对应的异常向量，然后执行异常向量处的跳转指令，CPU就跳转到对应的异常处理程序执行。
其中复位异常向量的指令“b reset”决定了U-Boot启动后将自动跳转到标号“reset”处执行。
_TEXT_BASE:
.word TEXT_BASE //0x07080000,在board/ti/ti8168_dvr/config.mk中,这段话表示，用户告诉编译器编译地址的起始地址
.globl _armboot_start
_armboot_start:
.word _start /*_start 是uboot的第一行代码的标号,代表的是第一行代码的地址*/
.globl _bss_start
_bss_start:
.word __bss_start //在cpu/arm_cortexa8/u-boot.lds中定义
.globl _bss_end
_bss_end:
.word _end //在cpu/arm_cortexa8/u-boot.lds中定义
#ifdef CONFIG_USE_IRQ // 这个宏没有定义,预编译不执行
/* 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
2> CPU进入SVC模式
reset:
/*
* set the cpu to SVC32 mode
*/
mrs r0, cpsr
bic r0, r0, #0x1f /*工作模式位清零 */
orr r0, r0, #0xd3 /*工作模式位设置为“10011”（管理模式），并将中断禁止位和快中断禁止位置1 */
msr cpsr, r0
以上代码将CPU的工作模式位设置为管理模式，即设置相应的CPSR程序状态字，并将中断禁止位和快中断禁止位置一，从而屏蔽了IRQ和FIQ中断。
操作系统先注册一个总的中断，然后去查是由哪个中断源产生的中断，再去查用户注册的中断表，查出来后就去执行用户定义的用户中断处理函数。
#if (CONFIG_OMAP34XX) // 这个宏没有定义,下面的代码不会预编译
/* Copy vectors to mask ROM indirect addr */
adr r0, _start @ r0 <- current position of code
add r0, r0, #4 @ skip reset vector
mov r2, #64 @ r2 <- size to copy
add r2, r0, r2 @ r2 <- source end address
mov r1, #SRAM_OFFSET0 @ build vect addr
mov r3, #SRAM_OFFSET1
add r1, r1, r3
mov r3, #SRAM_OFFSET2
add r1, r1, r3
next:
ldmia r0!, {r3 - r10} @ copy from source address [r0]
stmia r1!, {r3 - r10} @ copy to target address [r1]
cmp r0, r2 @ until source end address [r2]
bne next @ loop until equal */
#if !defined(CONFIG_SYS_NAND_BOOT) && !defined(CONFIG_SYS_ONENAND_BOOT)
/* No need to copy/exec the clock code - DPLL adjust already done
* in NAND/oneNAND Boot.
*/
bl cpy_clk_code @ put dpll adjust code behind vectors
#endif /* NAND Boot */
#endif
3> CPU初始化
/* the mask ROM code should have PLL and others stable */
#ifndef CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT
bl cpu_init_crit
#endif
cpu_init_crit这段代码在U-Boot正常启动时才需要执行，若将U-Boot从RAM中启动则应该注释掉这段代码。下面分析一下cpu_init_crit到底做了什么：
/*************************************************************************
*
* CPU_init_critical registers
*
* setup important registers
* setup memory timing
*
*************************************************************************/
cpu_init_crit:
/*
* Invalidate L1 I/D
*/
mov r0, #0 @ set up for MCR
mcr p15, 0, r0, c8, c7, 0 @ invalidate TLBs //将0写入c8，使TLB内容无效
mcr p15, 0, r0, c7, c5, 0 @ invalidate icache //将0写入c7，使Cache内容无效
/*
* disable MMU stuff and caches
*/
mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0
bic r0, r0, #0x00002000 @ clear bits 13 (--V-)
bic r0, r0, #0x00000007 @ clear bits 2:0 (-CAM)
orr r0, r0, #0x00000002 @ set bit 1 (--A-) Align
orr r0, r0, #0x00000800 @ set bit 12 (Z---) BTB
mcr p15, 0, r0, c1, c0, 0 //修改CP15的c1寄存器来实现关闭MMU
/*
* Jump to board specific initialization...
* The Mask ROM will have already initialized
* basic memory. Go here to bump up clock rate and handle
* wake up conditions.
*/
mov ip, lr @ persevere link reg across call
bl lowlevel_init @ go setup pll,mux,memory
mov lr, ip @ restore link
mov pc, lr @ back to my caller
代码中的c0，c1，c7，c8都是cortex-a8的协处理器CP15的寄存器。其中c7是cache控制寄存器，c8是TLB控制寄存器。325~327行代码将0写入c7、c8，使Cache，TLB内容无效。
第332~337行代码关闭了MMU。这是通过修改CP15的c1寄存器来实现的，先看CP15的c1寄存器的格式（仅列出代码中用到的位）：
CP15的c1寄存器格式（部分）
| 15 | 14 | 13 | 12 | 11 | 10 | 9 | 8 | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 |
| . | . | V | I | . | . | R | S | B | . | . | . | . | C | A | M |
各个位的意义如下：
V :表示异常向量表所在的位置，0：异常向量在0x00000000；1：异常向量在 0xFFFF0000 I :
0 ：关闭ICaches；1 ：开启ICaches R、S : 用来与页表中的描述符一起确定内存的访问权限
B : 0 ：CPU为小字节序；1 ： CPU为大字节序 C : 0：关闭DCaches；1：开启DCaches A :
0：数据访问时不进行地址对齐检查；1：数据访问时进行地址对齐检查。 M : 0：关闭MMU；
1：开启MMU
为什么要关闭catch和MMU呢？catch和MMU是做什么用的？
MMU是Memory Management Unit的缩写，中文名是内存管理单元，它是中央处理器（CPU）中用来管理虚拟存储器、物理存储器的控制线路, 同时也负责虚拟地址映射为物理地址，以及提供硬件机制的内存访问授权
· 概述：
一，关catch catch和MMU是通过CP15管理的，刚上电的时候，CPU还不能管理他们 上电的时候MMU必须关闭，指令catch可关闭，可不关闭，但数据catch一定要关闭 否则可能导致刚开始的代码里面，去取数据的时候，从catch里面取，而这时候RAM中数据还没有catch过来，导致数据预取异常
二：关MMU 因为MMU是;把虚拟地址转化为物理地址得作用 而目的是设置控制寄存器，而控制寄存器本来就是实地址（物理地址），再使能MMU，不就是多此一举了吗？
详细分析--- Catch是cpu内部的一个2级缓存，它的作用是将常用的数据和指令放在cpu内部，MMU是用来把虚实地址转换为物理地址用的 我们的目的:是设置控制的寄存器，寄存器都是实地址（物理地址），如果既要开启MMU又要做虚实地址转换的话，中间还多一步，多此一举了嘛?
先要把实地址转换成虚地址，然后再做设置，但对uboot而言就是起到一个简单的初始化的作用和引导操作系统，如果开启MMU的话，很麻烦，也没必要，所以关闭MMU.
说到catch就必须提到一个关键字Volatile，以后在设置寄存器时会经常遇到，他的本质：是告诉编译器不要对我的代码进行优化，作用是让编写者感觉不倒变量的变化情况（也就是说，让它执行速度加快吧）
优化的过程：是将常用的代码取出来放到catch中，它没有从实际的物理地址去取，它直接从cpu的缓存中去取，但常用的代码就是为了感觉一些常用变量的变化。
优化原因：如果正在取数据的时候发生跳变，那么就感觉不到变量的变化了，所以在这种情况下要用Volatile关键字告诉编译器不要做优化，每次从实际的物理地址中去取指令，这就是为什么关闭catch关闭MMU。但在C语言中是不会关闭catch和MMU的，会打开，如果编写者要感觉外界变化，或变化太快，从catch中取数据会有误差，就加一个关键字Volatile。
4> 初始化RAM控制寄存器
bl lowlevel_init下来初始化各个bank，把各个bank设置必须搞清楚，对以后移植复杂的uboot有很大帮助。
设置完毕后拷贝uboot代码到4k空间，拷贝完毕后执行内存中的uboot代码，其中的lowlevel_init就完成了内存初始化的工作，由于内存初始化是依赖于开发板的，因此lowlevel_init的代码一般放在board下面相应的目录中。
对于ti8168_dvr，lowlevel_init在arch/arm/arm_cortexa8/ti81xx/level_init.S中定义如下：
/*****************************************************************************
* lowlevel_init: - Platform low level init.
* Corrupted Register : r0, r1, r2, r3, r4, r5, r6
****************************************************************************/
.globl lowlevel_init
lowlevel_init:
/* The link register is saved in ip by start.S */
mov r6, ip
/* check if we are already running from RAM */ //判断程序是否已经在 RAM 中运行
ldr r2, _lowlevel_init
ldr r3, _TEXT_BASE
sub r4, r2, r3
sub r0, pc, r4
/* require dummy instr or subtract pc by 4 instead i'm doing stack init */
ldr sp, SRAM_STACK
mark1:
ldr r5, _mark1
sub r5, r5, r2 /* bytes between mark1 and lowlevel_init */
sub r0, r0, r5 /* r0 <- _start w.r.t current place of execution */
mov r10, #0x0 /* r10 has in_ddr used by s_init() */
#ifdef CONFIG_NOR_BOOT
cmp r0, #0x08000000 /* check for running from NOR */
beq ocmc_init_start /* if == then running from NOR */
ands r0, r0, #0xC0000000 /* MSB 2 bits <> 0 then we are in ocmc or DDR */
cmp r0, #0x40000000 /* if running from ocmc */
beq nor_init_start /* if == skip ocmc init and jump to nor init */
mov r10, #0x01 /* if <> we are running from DDR hence skip ddr init */
/* by setting in_ddr to 1 */
b s_init_start /* and jump to s_init */
#else
ands r0, r0, #0xC0000000 /* MSB 2 bits <> 0 then we are in ocmc or DDR */
cmp r0, #0x80000000
bne s_init_start
mov r10, #0x01
b s_init_start
#endif
#ifdef CONFIG_NOR_BOOT
ocmc_init_start:
/**** enable ocmc 0 ****/
/* CLKSTCTRL */
ldr r5, cm_alwon_ocmc_0_clkstctrl_addr
mov r2, #0x2
str r2, [r5]
/* wait for gpmc enable to settle */
ocmc0_wait0:
ldr r2, [r5]
ands r2, r2, #0x00000100
cmp r2, #0x00000100
bne ocmc0_wait0
/* CLKCTRL */
ldr r5, cm_alwon_ocmc_0_clkctrl_addr
mov r2, #0x2
str r2, [r5]
/* wait for gpmc enable to settle */
ocmc0_wait1:
ldr r2, [r5]
ands r2, r2, #0x00030000
cmp r2, #0
bne ocmc0_wait1
#ifdef CONFIG_TI816X
/**** enable ocmc 1 ****/
/* CLKSTCTRL */
ldr r5, cm_alwon_ocmc_1_clkstctrl_addr
mov r2, #0x2
str r2, [r5]
/* wait for gpmc enable to settle */
ocmc1_wait0:
ldr r2, [r5]
ands r2, r2, #0x00000100
cmp r2, #0x00000100
bne ocmc1_wait0
/* CLKCTRL */
ldr r5, cm_alwon_ocmc_1_clkctrl_addr
mov r2, #0x2
str r2, [r5]
/* wait for gpmc enable to settle */
ocmc1_wait1:
ldr r2, [r5]
ands r2, r2, #0x00030000
cmp r2, #0
bne ocmc1_wait1
#endif
nor_init_start:
/* gpmc init */
bl cpy_nor_gpmc_code /* copy nor gpmc init code to sram */
mov r0, pc
add r0, r0, #12 /* 12 is for next three instructions */
mov lr, r0 /* gpmc init code in sram should return to s_init_start */
ldr r0, sram_pc_start
mov pc, r0 /* transfer ctrl to nor_gpmc_init() in sram */
#endif
s_init_start:
mov r0, r10 /* passing in_ddr in r0 */
bl s_init // 调用C语言初始化系统时钟和MUX
/* back to arch calling code */
mov pc, r6
5> 重定位
ti8168_dvr 开发板没有在这里进行重定位，但是我们还是要分析一下这里的重定位：
#ifndef CONFIG_SKIP_RELOCATE_UBOOT
relocate: @ relocate U-Boot to RAM
adr r0, _start @ r0 <- current position of code
ldr r1, _TEXT_BASE @ test if we run from flash or RAM
cmp r0, r1 @ don't reloc during debug
beq stack_setup
注释：
· （1 ） 使用相对寻址，以 PC 值为基地址计算出当前代码的开始地址，通过反汇编u-boot.bin，_start在FLASH上代表地址：0x0000_06E0 ，指令 addr r0 ，_start地址为0x0000_0744 ，执行到该指令时，PC=0x0000_0744+8=0x0000_074c，这里，编译器将用指令SUB r0，PC，#6C ；因此 r0=0x0000_06E0，相当于把代码的开始地址送到了r0 中。事实上，在 0x0 地址，存在一条跳转指令，跳到了_start 标签处，而_start标签处才是 b reset 真正的跳转。所以，程序在 FLASH 上运行的真正 reset 跳转，是在_start=0x0000_06E0 地址对应的 b reset 指令。
· （2 ） 把_TEXT_BASE 地址对应的内存里的值(TEXT_BASE) 送到r1 寄存器，这里是0x07080000
· （3 ） 比较 r0 寄存器和 r1 寄存器的值。
· （4 ） 如果 r0=r1，就跳去执行 stack_setup 程序段，设置内存中的栈空间。比较的目的就是看当前程序的运行是在内存里还是在FLASH里，如果是 debug 模式，那么 u-boot是在内存里运行，其开始地址就是TEXT_BASE ，即0x70800000 。上面的4 句代码，就是比较一下，看看当前程序代码在什么位置，如果已经在内存指定的0x07080000 这个位置了，就不必再进行重定位了，而直接进行堆栈设置。
6> 设置堆栈
/* Set up the stack */
stack_setup:
ldr r0, _TEXT_BASE @ upper 128 KiB: relocated uboot
sub r0, r0, #CONFIG_SYS_MALLOC_LEN @ malloc area
sub r0, r0, #CONFIG_SYS_GBL_DATA_SIZE @ bdinfo //跳过全局数据区
注释： 这段代码在TEXT_BASE （0x0708_0000）的下面，也就是挨着这个地址往下，建立：动态内存区域和全局数据结构区域。只要将sp指针指向一段没有被使用的内存就完成栈的设置了。根据上面的代码可以知道U-Boot内存使用情况了。
使用SourceInsight 跟踪到 ti8168_dvr.h 文件中，有：
/*
* Size of malloc() pool
*/
#define CONFIG_SYS_MALLOC_LEN (CONFIG_ENV_SIZE + 32 * 1024)
/* size in bytes reserved for initial data */
#define CONFIG_SYS _GBL_DATA_SIZE 128
#define CONFIG_ENV_SIZE 0x2000
由此可见，从TEXT_BASE 往下的32kB+8KB 空间用作动态内存分配；再继续往下128 个字节做为全局数据结构指针。
#ifdef CONFIG_USE_IRQ
sub r0, r0, #(CONFIG_STACKSIZE_IRQ + CONFIG_STACKSIZE_FIQ)
#endif
sub sp, r0, #12 @ leav e 3 words for abort-stack
and sp, sp, #~7 @ 8 byte alinged for (ldr/str)d
注释： 如果使用外部中断IRQ ，在全局数据结构指针继续往低地址方向分配，分配的空间大小由CONFIG_STACKSIZE_IRQ 和CONFIG_STACKSIZE_FIQ 在I.MX51_bbg_android.h 文件中定义。默认时，该头文件中，没有定义 CONFIG_USE_IRQ，也没有定义空间大小，因此意味着此时不对IRQ 和FIQ 进行空间预留。
只要将sp指针指向一段没有被使用的内存就完成栈的设置了。根据上面的代码可以知道U-Boot内存使用情况了，如下图所示:
7> 代码的搬移阶段
ldr r2, _armboot_start
ldr r3, _bss_start
sub r2, r3, r2 @ r2 <- size of armboot
add r2, r0, r2 @ r2 <- source end address
注释：
· （1 ） 把_armboot_start程序段的首地址读进 r2 寄存器。事实上，根据_armboot_start标号的定义：_armboot_star ：.word _start，_armboot_start是内存地址，这个地址中存放着TEXT_BASE+_start，即 0x90708_06E0 。所以_armboot_start所对应的内存地址是真正的内存中u-boot 第一条指令的地址。
· （2 ） 把_bss_start代码段首地址读进r3 寄存器
· （3 ） 寄存器 r3 的值-寄存器r2 的值，差值送回寄存器 r2 ，这个差值就是_armboot_start代码（u-boot 代码段）所占用的内存空间大小。
· （4 ） 计算出_armboot_start代码的结束地址。寄存器 r0 中保存着 FLASH上代码的开始地址，r2 中保存着u-boot 代码的容量，那么r0+r2?r2 后，r2 中保存的就是u-boot 在FLASH上的最后一句代码的地址。
copy_loop: @ copy 32 bytes at a time
ldmia r0!, {r3 - r10} @ copy from source address [r0]
stmia r1!, {r3 - r10} @ copy to target address [r1]
cmp r0, r2 @ until source end addreee [r2]
ble copy_loop
#endif /* CONFIG_SKIP_RELOCATE_UBOOT */
注释：上面4 句话用来实现 U-BOOT 代码从FLASH—>DDR2 MEM 的搬移。
· （1 ） r0=_start=0x0000_06E0 ，即指向 FLASH中代码开始地址；读 8 个字（32 字节），分别存到r3-r10 这个8 个32 为通用寄存器中。然后，r0+8 ?r0
· （2 ） r1=TEXT_BASE=0x9780_0000，指向内存基地址；把 r3-r10 这8 个寄存器中的数据写入内存中，因此一次stmia 指令传输8 个字，共 32 字节。然后，r1+8 ?r1
· （3 ） r2 为FLASH上代码结束地址。比较r0 和r2 ，即是否到达代码结尾。
· （4 ） 如果没有到达代码结尾，继续循环复制，直到完成。
8> 清除BSS段
/* Clear BSS (if any). Is below tx (watch load addr - need space) */
clear_bss:
ldr r0, _bss_start @ find start of bss segment /* BSS段开始地址，在u-boot.lds中指定*/
ldr r1, _bss_end @ stop here /* BSS段结束地址，在u-boot.lds中指定*/
mov r2, #0x00000000 @ clear value /* 将bss段清零*/
clbss_l:
str r2, [r0] @ clear BSS location
cmp r0, r1 @ are we at the end yet
add r0, r0, #4 @ increment clear index pointer
bne clbss_l @ keep clearing till at end
注释：
这段代码，对bss 段进行初始化，从.lds 文件可以知道它的开始和结束位置。从对u-boot.bin的反汇编结果看，_bss_start=0x0708_55CC，这个地址恰好位于内存中 u-boot 映像的上方相邻地址；而bss 段的结束地址_bss_end=0x0708_AA14。前后地址相减，可以算出bss 段占用的空间是 213KB 。
这段初始化的方式是把 bss 段全部写 0 ，寄存器 r0 所指示的目标地址指针按照+4递增方式循环，直到全部初始化完成。
初始值为0，无初始值的全局变量，静态变量将自动被放在BSS段。应该将这些变量的初始值赋为0，否则这些变量的初始值将是一个随机的值，若有些程序直接使用这些没有初始化的变量将引起未知的后果。
9> 跳转到第二阶段代码入口start_armboot处。
ldr pc, _start_armboot @ jump to C code
_start_armboot: .word start_armboot
· 问题一：如果换一块开发板有可能改哪些东西？ 首先，cpu的运行模式，如果需要对cpu进行设置那就设置，管看门狗，关中断不用改，时钟有可能要改，如果能正常使用则不用改，关闭catch和MMU不用改，设置bank有可能要改。最后一步拷贝时看地址会不会变，如果变化也要改，执行内存中代码，地址有可能要改。
问题二：Nor Flash和Nand Flash本质区别： 就在于是否进行代码拷贝，也就是下面代码所表述：无论是Nor Flash还是Nand Flash，核心思想就是将uboot代码搬运到内存中去运行，但是没有拷贝bss后面这段代码，只拷贝bss前面的代码，bss代码是放置全局变量的。Bss段代码是为了清零，拷贝过去再清零重复操作
3. U-Boot启动第二阶段代码分析：start_armboot
start_armboot函数在lib_arm/board.c中定义，是U-Boot第二阶段代码的入口。U-Boot启动第二阶段流程如下：
在分析start_armboot函数前先来看看一些重要的数据结构：
（1）gd_t结构体
U-Boot使用了一个结构体gd_t来存储全局数据区的数据，这个结构体在include/asm-arm/global_data.h中定义如下：
typedef struct global_data {
bd_t *bd;
unsigned long flags;
unsigned long baudrate;
unsigned long have_console; /* serial_init() was called */
unsigned long env_addr; /* Address of Environment struct */
unsigned long env_valid; /* Checksum of Environment valid? */
unsigned long fb_base; /* base address of frame buffer */
#ifdef CONFIG_VFD
unsigned char vfd_type; /* display type */
#endif
#ifdef CONFIG_FSL_ESDHC
unsigned long sdhc_clk;
#endif
#if 0
unsigned long cpu_clk; /* CPU clock in Hz! */
unsigned long bus_clk;
phys_size_t ram_size; /* RAM size */
unsigned long reset_status; /* reset status register at boot */
#endif
void **jt; /* jump table */
} gd_t;
U-Boot使用了一个存储在寄存器中的指针gd来记录全局数据区的地址：
#define DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR register volatile gd_t *gd asm ("r8")
DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR定义一个gd_t全局数据结构的指针，这个指针存放在指定的寄存器r8中。
这个声明也避免编译器把r8分配给其它的变量。
任何想要访问全局数据区的代码，只要代码开头加入“DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR”一行代码，然后就可以使用gd指针来访问全局数据区了。
根据U-Boot内存使用图中可以计算gd的值：
gd = TEXT_BASE －CONFIG_SYS_MALLOC_LEN － sizeof(gd_t)
（2）bd_t结构体
bd_t在include/asm/u-boot.h中定义如下：
typedef struct bd_info {
int bi_baudrate; /* 串口通讯波特率 */
unsigned long bi_ip_addr; /* IP 地址*/
struct environment_s *bi_env; /* 环境变量开始地址 */
ulong bi_arch_number; /* 开发板的机器码 */
ulong bi_boot_params; /* 内核参数的开始地址 */
struct /* RAM配置信息 */
{
ulong start;
ulong size;
}bi_dram[CONFIG_NR_DRAM_BANKS];
} bd_t;
U-Boot启动内核时要给内核传递参数，这时就要使用gd_t，bd_t结构体中的信息来设置标记列表。
第一阶段调用start_armboot指向C语言执行代码区，首先它要从内存上的重定位数据获得不完全配置的全局数据表格和板级信息表格，即获得gd_t和bd_t，
这两个类型变量记录了刚启动时的信息，并将要记录作为引导内核和文件系统的参数，如bootargs等等，并且将来还会在启动内核时，由uboot交由kernel时会有所用。
（3）init_sequence数组
U-Boot使用一个数组init_sequence来存储对于大多数开发板都要执行的初始化函数的函数指针。
init_sequence数组中有较多的编译选项，去掉编译选项后init_sequence数组如下所示：
typedef int (init_fnc_t) (void);
int print_cpuinfo (void);
init_fnc_t *init_sequence[] = {
#if defined(CONFIG_ARCH_CPU_INIT)
arch_cpu_init, /* basic arch cpu dependent setup */
#endif
board_init, /*开发板相关的配置--board/samsung/mini2440/mini2440.c */
#if defined(CONFIG_USE_IRQ)
interrupt_init, /* set up exceptions */
#endif
timer_init, /*开发板相关的配置--board/samsung/mini2440/mini2440.c */
#ifdef CONFIG_FSL_ESDHC
get_clocks,
#endif
env_init, /*初始化环境变量--common/env_flash.c 或common/env_nand.c*/
init_baudrate, /*初始化波特率-- lib_arm/board.c */
serial_init, /* 串口初始化-- drivers/serial/serial_s3c24x0.c */
console_init_f, /* 控制通讯台初始化阶段1-- common/console.c */
display_banner, /*打印U-Boot版本、编译的时间-- gedit lib_arm/board.c */
#if defined(CONFIG_DISPLAY_CPUINFO)
print_cpuinfo, /* display cpu info (and speed) */
#endif
#if defined(CONFIG_DISPLAY_BOARDINFO)
checkboard, /* display board info */
#endif
#if defined(CONFIG_HARD_I2C) || defined(CONFIG_SOFT_I2C)
init_func_i2c,
#endif
dram_init, /*配置可用的RAM-- board/samsung/mini2440/mini2440.c */
#if defined(CONFIG_CMD_PCI) || defined (CONFIG_PCI)
arm_pci_init,
#endif
display_dram_config, /* 显示RAM大小-- lib_arm/board.c */
NULL,
};
其中的board_init函数在board/ti/ti8168_dvr/dvr.c中定义，该函数设置了软复位UART，以及一些GPIO寄存器的值，还设置了U-Boot机器码和内核启动参数地址 ：
/*
* Basic board specific setup
*/
int board_init(void)
{
u32 regVal;
/* Get Timer and UART out of reset */
/* UART 软复位 */
regVal = __raw_readl(UART_SYSCFG);
regVal |= 0x2;
__raw_writel(regVal, UART_SYSCFG);
while( (__raw_readl(UART_SYSSTS) & 0x1) != 0x1);
/* 关闭smart idle */
regVal = __raw_readl(UART_SYSCFG);
regVal |= (1<<3);
__raw_writel(regVal, UART_SYSCFG);
/* 8168 dvr 开发板的机器码 */
gd->bd->bi_arch_number = MACH_TYPE_TI8168EVM;
/* 内核启动参数地址 */
gd->bd->bi_boot_params = PHYS_DRAM_1 + 0x100;
/*通用存储控制模块 初始化*/
gpmc_init();
/*gpio 初始化*/
gpio_clkctrl_enable();
gpio_dvr_init();
/*初始化模拟spi的IO*/
#if defined(CONFIG_3WIRE_EEPROM)
dvr_netra_eeprom_init();
#endif
//# RDK 支持8bit NAND
gpmc_set_cs_buswidth(0, 0);
return 0;
}
其中的dram_init函数在board/ti/ti8168_dvr/dvr.c中定义如下：
/*
* Configure DRAM banks
*
* Description: sets uboots idea of sdram size
*/
int dram_init(void)
{
/* Fill up board info */
gd->bd->bi_dram[0].start = PHYS_DRAM_1;
gd->bd->bi_dram[0].size = PHYS_DRAM_1_SIZE;
gd->bd->bi_dram[1].start = PHYS_DRAM_2;
gd->bd->bi_dram[1].size = PHYS_DRAM_2_SIZE;
return 0;
}
ti8168 dvr使用2片1GB的DRAM组成了2GB的内存，接在存储控制器的DDR3，地址空间是0x80000000~0xFFFFFFFFF。
在include/configs/ti8168_dvr.h中PHYS_DRAM_1和PHYS_DRAM_1_SIZE, 分别被定义为0x80000000和0xC0000000。
分析完上述的数据结构，下面来分析start_armboot函数：
void start_armboot (void)
{
init_fnc_t **init_fnc_ptr;
char *s;
… …
/* 计算全局数据结构的地址gd */
gd = (gd_t*)(_armboot_start - CONFIG_SYS_MALLOC_LEN - sizeof(gd_t));
… …
memset ((void*)gd, 0, sizeof (gd_t));
gd->bd = (bd_t*)((char*)gd - sizeof(bd_t));
memset (gd->bd, 0, sizeof (bd_t));
gd->flags |= GD_FLG_RELOC;
monitor_flash_len = _bss_start - _armboot_start;
/* 逐个调用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 ();
}
}
/* armboot_start 在cpu/arm920t/start.S 中被初始化为u-boot.lds连接脚本中的_start */
mem_malloc_init (_armboot_start - CONFIG_SYS_MALLOC_LEN,
CONFIG_SYS_MALLOC_LEN);
/* NOR Flash初始化 */
#ifndef CONFIG_SYS_NO_FLASH
/* configure available FLASH banks */
display_flash_config (flash_init ());
#endif /* CONFIG_SYS_NO_FLASH */
… …
/* NAND Flash 初始化*/
#if defined(CONFIG_CMD_NAND)
puts ("NAND: ");
nand_init(); /* go init the NAND */
#endif
… …
/*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");
stdio_init (); /* get the devices list going. */
jumptable_init ();
… …
console_init_r (); /* fully init console as a device */
… …
/* enable exceptions */
enable_interrupts ();
#ifdef CONFIG_USB_DEVICE
usb_init_slave();
#endif
/* Initialize from environment */
if ((s = getenv ("loadaddr")) != NULL) {
load_addr = simple_strtoul (s, NULL, 16);
}
#if defined(CONFIG_CMD_NET)
if ((s = getenv ("bootfile")) != NULL) {
copy_filename (BootFile, s, sizeof (BootFile));
}
#endif
… …
/* 网卡初始化 */
#if defined(CONFIG_CMD_NET)
#if defined(CONFIG_NET_MULTI)
puts ("Net: ");
#endif
eth_initialize(gd->bd);
… …
#endif
/* main_loop() can return to retry autoboot, if so just run it again. */
for (;;) {
main_loop ();
}
/* NOTREACHED - no way out of command loop except booting */
}
main_loop函数在common/main.c中定义。
void main_loop (void)
{
#ifndef CONFIG_SYS_HUSH_PARSER
static char lastcommand[CONFIG_SYS_CBSIZE] = { 0, };
int len;
int rc = 1;
int flag;
#endif
#if defined(CONFIG_BOOTDELAY) && (CONFIG_BOOTDELAY >= 0)
char *s;
int bootdelay;
#endif
#ifdef CONFIG_PREBOOT
char *p;
#endif
#ifdef CONFIG_BOOTCOUNT_LIMIT
unsigned long bootcount = 0;
unsigned long bootlimit = 0;
char *bcs;
char bcs_set[16];
#endif /* CONFIG_BOOTCOUNT_LIMIT */
#if defined(CONFIG_VFD) && defined(VFD_TEST_LOGO)
ulong bmp = 0; /* default bitmap */
extern int trab_vfd (ulong bitmap);
#ifdef CONFIG_MODEM_SUPPORT
if (do_mdm_init)
bmp = 1; /* alternate bitmap */
#endif
trab_vfd (bmp);
#endif /* CONFIG_VFD && VFD_TEST_LOGO */
#ifdef CONFIG_BOOTCOUNT_LIMIT
bootcount = bootcount_load();
bootcount++;
bootcount_store (bootcount);
sprintf (bcs_set, "%lu", bootcount);
setenv ("bootcount", bcs_set);
bcs = getenv ("bootlimit");
bootlimit = bcs ? simple_strtoul (bcs, NULL, 10) : 0;
#endif /* CONFIG_BOOTCOUNT_LIMIT */
#ifdef CONFIG_MODEM_SUPPORT
debug ("DEBUG: main_loop: do_mdm_init=%d\n", do_mdm_init);
if (do_mdm_init) {
char *str = strdup(getenv("mdm_cmd"));
setenv ("preboot", str); /* set or delete definition */
if (str != NULL)
free (str);
mdm_init(); /* wait for modem connection */
}
#endif /* CONFIG_MODEM_SUPPORT */
#ifdef CONFIG_VERSION_VARIABLE
{
extern char version_string[];
setenv ("ver", version_string); /* set version variable */
}
#endif /* CONFIG_VERSION_VARIABLE */
#ifdef CONFIG_SYS_HUSH_PARSER
u_boot_hush_start ();
#endif
#if defined(CONFIG_HUSH_INIT_VAR)
hush_init_var ();
#endif
#ifdef CONFIG_AUTO_COMPLETE
install_auto_complete(); //安装自动补全的函数，分析如下
#endif
#ifdef CONFIG_PREBOOT
if ((p = getenv ("preboot")) != NULL) {
# ifdef CONFIG_AUTOBOOT_KEYED
int prev = disable_ctrlc(1); /* disable Control C checking */
# endif
# ifndef CONFIG_SYS_HUSH_PARSER
run_command (p, 0);
# else
parse_string_outer(p, FLAG_PARSE_SEMICOLON |
FLAG_EXIT_FROM_LOOP);
# endif
# ifdef CONFIG_AUTOBOOT_KEYED
disable_ctrlc(prev); /* restore Control C checking */
# endif
}
#endif /* CONFIG_PREBOOT */
#if defined(CONFIG_UPDATE_TFTP)
update_tftp ();
#endif /* CONFIG_UPDATE_TFTP */
#if defined(CONFIG_BOOTDELAY) && (CONFIG_BOOTDELAY >= 0)
s = getenv ("bootdelay");
bootdelay = s ? (int)simple_strtol(s, NULL, 10) : CONFIG_BOOTDELAY;
debug ("### main_loop entered: bootdelay=%d\n\n", bootdelay);
# ifdef CONFIG_BOOT_RETRY_TIME
init_cmd_timeout ();
# endif /* CONFIG_BOOT_RETRY_TIME */
#ifdef CONFIG_POST
if (gd->flags & GD_FLG_POSTFAIL) {
s = getenv("failbootcmd");
}
else
#endif /* CONFIG_POST */
#ifdef CONFIG_BOOTCOUNT_LIMIT
if (bootlimit && (bootcount > bootlimit)) {
printf ("Warning: Bootlimit (%u) exceeded. Using altbootcmd.\n",
(unsigned)bootlimit);
s = getenv ("altbootcmd");
}
else
#endif /* CONFIG_BOOTCOUNT_LIMIT */
s = getenv ("bootcmd"); //获取引导命令。分析见下面。
printf ("### main_loop: bootcmd=\"%s\"\n", s ? s : "<UNDEFINED>");
if (bootdelay >= 0 && s && !abortboot (bootdelay)) {
//如果延时大于等于零，并且没有在延时过程中接收到按键，则引导内核。abortboot函数的分析见下面。
# ifdef CONFIG_AUTOBOOT_KEYED
int prev = disable_ctrlc(1); /* disable Control C checking */
# endif
# ifndef CONFIG_SYS_HUSH_PARSER
run_command (s, 0);//运行引导内核的命令。这个命令是在配置头文件中定义的。run_command的分析在下面。
# else
parse_string_outer(s, FLAG_PARSE_SEMICOLON |
FLAG_EXIT_FROM_LOOP);
# endif
# ifdef CONFIG_AUTOBOOT_KEYED
disable_ctrlc(prev); /* restore Control C checking */
# endif
}
# ifdef CONFIG_MENUKEY
if (menukey == CONFIG_MENUKEY) {
s = getenv("menucmd");
if (s) {
# ifndef CONFIG_SYS_HUSH_PARSER
run_command (s, 0);
# else
parse_string_outer(s, FLAG_PARSE_SEMICOLON |
FLAG_EXIT_FROM_LOOP);
# endif
}
}
#endif /* CONFIG_MENUKEY */
#endif /* CONFIG_BOOTDELAY */
#ifdef CONFIG_AMIGAONEG3SE
{
extern void video_banner(void);
video_banner();
}
#endif
/*
* Main Loop for Monitor Command Processing
*/
#ifdef CONFIG_SYS_HUSH_PARSER
parse_file_outer();
/* This point is never reached */
for (;;);
#else
for (;;) {
#ifdef CONFIG_BOOT_RETRY_TIME
if (rc >= 0) {
/* Saw enough of a valid command to
* restart the timeout.
*/
reset_cmd_timeout();
}
#endif
len = readline (CONFIG_SYS_PROMPT); //CONFIG_SYS_PROMPT的意思是回显字符，一般是“>”。这是由配置头文件定义的
flag = 0; /* assume no special flags for now */
if (len > 0)
strcpy (lastcommand, console_buffer); //保存输入的数据。
else if (len == 0)
flag |= CMD_FLAG_REPEAT; ;//如果输入数据为零，则重复执行上次的命令，如果上次输入的是一个命令的话
#ifdef CONFIG_BOOT_RETRY_TIME
else if (len == -2) {
/* -2 means timed out, retry autoboot
*/
puts ("\nTimed out waiting for command\n");
# ifdef CONFIG_RESET_TO_RETRY
/* Reinit board to run initialization code again */
do_reset (NULL, 0, 0, NULL);
# else
return; /* retry autoboot */
# endif
}
#endif
if (len == -1)
puts ("<INTERRUPT>\n");
else
rc = run_command (lastcommand, flag); //执行命令
if (rc <= 0) {//执行失败，则清空记录
/* invalid command or not repeatable, forget it */
lastcommand[0] = 0;
}
}
#endif /*CONFIG_SYS_HUSH_PARSER*/
}
U-Boot启动Linux过程
U-Boot使用标记列表（tagged list）的方式向Linux传递参数。 ] 标记的数据结构式是tag，在U-Boot源代码目录arch/arminclude/asm/setup.h中定义如下：
struct tag_header {
u32 size; /* 表示tag数据结构的联合u实质存放的数据的大小*/
u32 tag; /* 表示标记的类型 */
};
struct tag {
struct tag_header hdr;
union {
struct tag_core core;
struct tag_mem32 mem;
struct tag_videotext videotext;
struct tag_ramdisk ramdisk;
struct tag_initrd initrd;
struct tag_serialnr serialnr;
struct tag_revision revision;
struct tag_videolfb videolfb;
struct tag_cmdline cmdline;
/*
* Acorn specific
*/
struct tag_acorn acorn;
/*
* DC21285 specific
*/
struct tag_memclk memclk;
} u;
};
U-Boot使用命令bootm来启动已经加载到内存中的内核。而bootm命令实际上调用的是do_bootm函数。
对于Linux内核，do_bootm函数会调用do_bootm_linux函数来设置标记列表和启动内核。
do_bootm_linux函数在arch/arm/bootm.c 中定义如下：
int do_bootm_linux(int flag, int argc, char *argv[], bootm_headers_t *images)
{
bd_t *bd = gd->bd;
char *s;
int machid = bd->bi_arch_number;
void (*theKernel)(int zero, int arch, uint params);
#ifdef CONFIG_CMDLINE_TAG
char *commandline = getenv ("bootargs"); /* U-Boot环境变量bootargs */
#endif
… …
theKernel = (void (*)(int, int, uint))images->ep; /* 获取内核入口地址 */
… …
#if defined (CONFIG_SETUP_MEMORY_TAGS) || \
defined (CONFIG_CMDLINE_TAG) || \
defined (CONFIG_INITRD_TAG) || \
defined (CONFIG_SERIAL_TAG) || \
defined (CONFIG_REVISION_TAG) || \
defined (CONFIG_LCD) || \
defined (CONFIG_VFD)
setup_start_tag (bd); /* 设置ATAG_CORE标志 */
… …
#ifdef CONFIG_SETUP_MEMORY_TAGS
setup_memory_tags (bd); /* 设置内存标记 */
#endif
#ifdef CONFIG_CMDLINE_TAG
setup_commandline_tag (bd, commandline); /* 设置命令行标记 */
#endif
… …
setup_end_tag (bd); /* 设置ATAG_NONE标志 */
#endif
/* we assume that the kernel is in place */
printf ("\nStarting kernel ...\n\n");
… …
cleanup_before_linux (); /* 启动内核前对CPU作最后的设置 */
theKernel (0, machid, bd->bi_boot_params); /* 调用内核 */
/* does not return */
return 1;
}
其中的setup_start_tag，setup_memory_tags，setup_end_tag函数在lib_arm/bootm.c中定义如下：
（1）setup_start_tag函数
static void setup_start_tag (bd_t *bd)
{
params = (struct tag *) bd->bi_boot_params; /* 内核的参数的开始地址 */
params->hdr.tag = ATAG_CORE;
params->hdr.size = tag_size (tag_core);
params->u.core.flags = 0;
params->u.core.pagesize = 0;
params->u.core.rootdev = 0;
params = tag_next (params);
}
标记列表必须以ATAG_CORE开始，setup_start_tag函数在内核的参数的开始地址设置了一个ATAG_CORE标记。
（2）setup_memory_tags函数
static void setup_memory_tags (bd_t *bd)
{
int i;
/*设置一个内存标记 */
for (i = 0; i < CONFIG_NR_DRAM_BANKS; i++) {
params->hdr.tag = ATAG_MEM;
params->hdr.size = tag_size (tag_mem32);
params->u.mem.start = bd->bi_dram[i].start;
params->u.mem.size = bd->bi_dram[i].size;
params = tag_next (params);
}
}
setup_memory_tags函数设置了一个ATAG_MEM标记，该标记包含内存起始地址，内存大小这两个参数。
（3）setup_end_tag函数
static void setup_end_tag (bd_t *bd)
{
params->hdr.tag = ATAG_NONE;
params->hdr.size = 0;
}
标记列表必须以标记ATAG_NONE结束，setup_end_tag函数设置了一个ATAG_NONE标记，表示标记列表的结束。
U-Boot设置好标记列表后就要调用内核了。但调用内核前，CPU必须满足下面的条件：
（1） CPU寄存器的设置
Ø r0=0
Ø r1=机器码
Ø r2=内核参数标记列表在RAM中的起始地址
（2） CPU工作模式
Ø 禁止IRQ与FIQ中断
Ø CPU为SVC模式
（3） 使数据Cache与指令Cache失效
do_bootm_linux中调用的cleanup_before_linux函数完成了禁止中断和使Cache失效的功能。
cleanup_before_linux函数在cpu/arm920t/cpu.中定义：
int cleanup_before_linux (void)
{
/*
* this function is called just before we call linux
* it prepares the processor for linux
*
* we turn off caches etc ...
*/
disable_interrupts (); /* 禁止FIQ/IRQ中断 */
/* turn off I/D-cache */
icache_disable(); /* 使指令Cache失效 */
dcache_disable(); /* 使数据Cache失效 */
/* flush I/D-cache */
cache_flush(); /* 刷新Cache */
return 0;
}
由于U-Boot启动以来就一直工作在SVC模式，因此CPU的工作模式就无需设置了。
代码将内核的入口地址“images->ep”强制类型转换为函数指针。
根据ATPCS规则，函数的参数个数不超过4个时，使用r0~r3这4个寄存器来传递参数。
因此第128行的函数调用则会将0放入r0，机器码machid放入r1，内核参数地址bd->bi_boot_params放入r2，从而完成了寄存器的设置，最后转到内核的入口地址。
到这里，U-Boot的工作就结束了，系统跳转到Linux内核代码执行。
do_bootm_linux中：
void (*theKernel)(int zero, int arch, uint params);
… …
theKernel = (void (*)(int, int, uint))images->ep;
… …
theKernel (0, machid, bd->bi_boot_params);
int do_bootm_linux(int flag, int argc, char * const argv[],
bootm_headers_t *images)
{
/* No need for those on ARM */
if (flag & BOOTM_STATE_OS_BD_T || flag & BOOTM_STATE_OS_CMDLINE)
return -1;
// 当flag为BOOTM_STATE_OS_PREP，则说明只需要做准备动作boot_prep_linux
if (flag & BOOTM_STATE_OS_PREP) {
boot_prep_linux(images);
return 0;
}
// 当flag为BOOTM_STATE_OS_GO ，则说明只需要做跳转动作
if (flag & (BOOTM_STATE_OS_GO | BOOTM_STATE_OS_FAKE_GO)) {
boot_jump_linux(images, flag);
return 0;
}
boot_prep_linux(images); // 以全局变量bootm_headers_t images为参数传递给boot_prep_linux
boot_jump_linux(images, flag);// 以全局变量bootm_headers_t images为参数传递给boot_jump_linux
return 0;
}
boot_prep_linux用于实现跳转到linux前的准备动作。 而boot_jump_linux用于跳转到linux中。 都是以全局变量bootm_headers_t images为参数，这样就可以直接获取到前面步骤中得到的kernel镜像、ramdisk以及fdt的信息了。
· boot_prep_linux 首先要说明一下LMB的概念。LMB是指logical memory blocks，主要是用于表示内存的保留区域，主要有fdt的区域，ramdisk的区域等等。 boot_prep_linux主要的目的是修正LMB，并把LMB填入到fdt中。
实现如下：
static void boot_prep_linux(bootm_headers_t *images)
{
char *commandline = getenv("bootargs");
if (IMAGE_ENABLE_OF_LIBFDT && images->ft_len) {
#ifdef CONFIG_OF_LIBFDT
debug("using: FDT\n");
if (image_setup_linux(images)) {
printf("FDT creation failed! hanging...");
hang();
}
#endif
}
· boot_jump_linux 以arm为例： arch/arm/lib/bootm.c
static void boot_jump_linux(bootm_headers_t *images, int flag)
{
unsigned long machid = gd->bd->bi_arch_number; // 从bd中获取machine-id，machine-id在uboot启动流程的文章中有说明过了
char *s;
void (*kernel_entry)(int zero, int arch, uint params); // kernel入口函数，也就是kernel的入口地址，对应kernel的_start地址。
unsigned long r2;
int fake = (flag & BOOTM_STATE_OS_FAKE_GO); // 伪跳转，并不真正地跳转到kernel中
kernel_entry = (void (*)(int, int, uint))images->ep;
// 将kernel_entry设置为images中的ep（kernel的入口地址），后面直接执行kernel_entry也就跳转到了kernel中了
// 这里要注意这种跳转的方法
debug("## Transferring control to Linux (at address %08lx)" \
"...\n", (ulong) kernel_entry);
bootstage_mark(BOOTSTAGE_ID_RUN_OS);
announce_and_cleanup(fake);
// 把images->ft_addr（fdt的地址）放在r2寄存器中
if (IMAGE_ENABLE_OF_LIBFDT && images->ft_len)
r2 = (unsigned long)images->ft_addr;
else
r2 = gd->bd->bi_boot_params;
if (!fake) {
kernel_entry(0, machid, r2);
// 这里通过调用kernel_entry，就跳转到了images->ep中了，也就是跳转到kernel中了，具体则是kernel的_start符号的地址。
// 参数0则传入到r0寄存器中，参数machid传入到r1寄存器中，把images->ft_addr（fdt的地址）放在r2寄存器中
// 满足了kernel启动的硬件要求
}
}
Linux内核启动过程
Linux 的启动过程可以分为两部分:
第一阶段：引导阶段通常使用汇编语言编写：
首先检查内核是否支持当前架构的处理器，
然后检查是否支持当前开发板。通过检查后，就为调用下一阶段的start_kernel 函数作准备了。这主要分如下两个步骤。
连接内核时使用的是虚拟地址，所以要设置页表、使能MMU
做一些调用C函数 start_kernel之前的常规工作，包括复制数据段、清除BSS段、调用start_kernel函数。
§
第二阶段第二阶段的关键代码主要使用C语言编写。
它进行内核初始化的全部工作， 最后调用rest_init函数启动 init过程，创建系统第一个进程: init进程。
在第二阶段，仍有部分架构/开发板相关的代码。
在内核启动时执行自解压完成后，会跳转到解压后的地址处运行，在我的环境中就是地址0x00008000处，然后内核启动并执行初始化。
首先给出你内核启动的汇编部分的总流程如下：
内核启动程序的入口：参见arch/arm/kernel/vmlinux.lds（由arch/arm/kernel/vmlinux.lds.S生成）。
arch/arm/kernel/vmlinux.lds：
ENTRY(stext)
jiffies = jiffies_64;
SECTIONS
{
......
. = 0xC0000000 + 0x00008000;
.head.text : {
_text = .;
*(.head.text)
}
.text : { /* Real text segment */
_stext = .; /* Text and read-only data */
此处的TEXT_OFFSET表示内核起始地址相对于RAM地址的偏移值，定义在arch/arm/Makefile中，值为0x00008000：
textofs-y := 0x00008000
# The byte offset of the kernel image in RAM from the start of RAM.
TEXT_OFFSET := $(textofs-y)
PAGE_OFFSET表示内核虚拟地址空间的起始地址，定义在arch/arm/include/asm/memory.h中：
#ifdef CONFIG_MMU
/*
* PAGE_OFFSET - the virtual address of the start of the kernel image
* TASK_SIZE - the maximum size of a user space task.
* TASK_UNMAPPED_BASE - the lower boundary of the mmap VM area
*/
#define PAGE_OFFSET UL(CONFIG_PAGE_OFFSET)
CONFIG_PAGE_OFFSET定义在arch/arm/Kconfig中，采用默认值0xC0000000。
config PAGE_OFFSET
hex
default 0x40000000 if VMSPLIT_1G
default 0x80000000 if VMSPLIT_2G
default 0xC0000000
所以，可以看出内核的链接地址采用的是虚拟地址，地址值为0xC0008000。
内核启动程序的入口在linux/arch/arm/kernel/head.S中，head.S中定义了几个比较重要的变量，在看分析程序前先来看一下：
/*
* swapper_pg_dir is the virtual address of the initial page table.
* We place the page tables 16K below KERNEL_RAM_VADDR. Therefore, we must
* make sure that KERNEL_RAM_VADDR is correctly set. Currently, we expect
* the least significant 16 bits to be 0x8000, but we could probably
* relax this restriction to KERNEL_RAM_VADDR >= PAGE_OFFSET + 0x4000.
*/
#define KERNEL_RAM_VADDR (PAGE_OFFSET + TEXT_OFFSET)
#if (KERNEL_RAM_VADDR & 0xffff) != 0x8000
#error KERNEL_RAM_VADDR must start at 0xXXXX8000
#endif
#ifdef CONFIG_ARM_LPAE
/* LPAE requires an additional page for the PGD */
#define PG_DIR_SIZE 0x5000
#define PMD_ORDER 3
#else
#define PG_DIR_SIZE 0x4000
#define PMD_ORDER 2
#endif
.globl swapper_pg_dir
.equ swapper_pg_dir, KERNEL_RAM_VADDR - PG_DIR_SIZE
.macro pgtbl, rd, phys
add \rd, \phys, #TEXT_OFFSET - PG_DIR_SIZE
.endm
其中KERNEL_RAM_VADDR表示内核启动地址的虚拟地址，即前面看到的链接地址0xC0008000，同时内核要求这个地址的第16位必须是0x8000。
然后由于没有配置ARM LPAE，则采用一级映射结构，页表的大小为16KB，页大小为1MB。
最后swapper_pg_dir表示初始页表的起始地址，这个值等于内核起始虚拟地址-页表大小=0xC0004000（内核起始地址下16KB空间存放页表）。虚拟地址空间如下图：
需要说明一下：在我的环境中，内核在自解压阶段被解压到了0x00008000地址处，由于内核入口链接地址采用的是虚拟地址0xC0008000，这两个地址并不相同；并且此时MMU并没有被使能，所以无法进行虚拟地址到物理地址的转换，程序开始执行后在打开MMU前的将使用位置无关码。
在知道了内核的入口位置后，来看一下此时的设备和寄存器的状态：
/*
* Kernel startup entry point.
* ---------------------------
*
* This is normally called from the decompressor code. The requirements
* are: MMU = off, D-cache = off, I-cache = dont care, r0 = 0,
* r1 = machine nr, r2 = atags or dtb pointer.
*
* This code is mostly position independent, so if you link the kernel at
* 0xc0008000, you call this at __pa(0xc0008000).
*
* See linux/arch/arm/tools/mach-types for the complete list of machine
* numbers for r1.
*
* We're trying to keep crap to a minimum; DO NOT add any machine specific
* crap here - that's what the boot loader (or in extreme, well justified
* circumstances, zImage) is for.
*/
.arm
__HEAD
ENTRY(stext)
注释中说明了，此时的MMU关闭、D-cache关闭、r0 = 0、r1 = 机器码、r2 = 启动参数atags或dtb的地址（我的环境中使用的是atags），同时内核支持的机器码被定义在了linux/arch/arm/tools/mach-types中。
4. U-Boot添加命令的方法及U-Boot命令执行过程
下面以添加menu命令（启动菜单）为例讲解U-Boot添加命令的方法。
（1） 建立common/cmd_menu.c
习惯上通用命令源代码放在common目录下，与开发板专有命令源代码则放在board/<board_dir>目录下，并且习惯以“cmd_<命令名>.c”为文件名。
（2）定义“menu”命令
在cmd_menu.c中使用如下的代码定义“menu”命令：
_BOOT_CMD(
menu, 3, 0, do_menu,
"menu - display a menu, to select the items to do something\n",
" - display a menu, to select the items to do something"
);
其中U_BOOT_CMD命令格式如下：
U_BOOT_CMD(name,maxargs,rep,cmd,usage,help)
各个参数的意义如下：
name：命令名，非字符串，但在U_BOOT_CMD中用“#”符号转化为字符串
maxargs：命令的最大参数个数
rep：是否自动重复（按Enter键是否会重复执行）
cmd：该命令对应的响应函数
usage：简短的使用说明（字符串）
help：较详细的使用说明（字符串）
在内存中保存命令的help字段会占用一定的内存，通过配置U-Boot可以选择是否保存help字段。
若在include/configs/ti8168_dvr.h中定义了CONFIG_SYS_LONGHELP宏，则在U-Boot中使用help命令查看某个命令的帮助信息时将显示usage和help字段的内容，否则就只显示usage字段的内容。
U_BOOT_CMD宏在include/command.h中定义：
#define U_BOOT_CMD(name,maxargs,rep,cmd,usage,help) \
cmd_tbl_t __u_boot_cmd_##name Struct_Section = {#name, maxargs, rep, cmd, usage, help}
“##”与“#”都是预编译操作符，“##”有字符串连接的功能，“#”表示后面紧接着的是一个字符串。
其中的cmd_tbl_t在include/command.h中定义如下：
struct cmd_tbl_s {
char *name; /* 命令名 */
int maxargs; /* 最大参数个数 */
int repeatable; /* 是否自动重复 */
int (*cmd)(struct cmd_tbl_s *, int, int, char *[]); /* 响应函数 */
char *usage; /* 简短的帮助信息 */
#ifdef CONFIG_SYS_LONGHELP
char *help; /* 较详细的帮助信息 */
#endif
#ifdef CONFIG_AUTO_COMPLETE
/* 自动补全参数 */
int (*complete)(int argc, char *argv[], char last_char, int maxv, char *cmdv[]);
#endif
};
typedef struct cmd_tbl_s cmd_tbl_t;
一个cmd_tbl_t结构体变量包含了调用一条命令的所需要的信息。
其中Struct_Section在include/command.h中定义如下：
#define Struct_Section __attribute__ ((unused,section (".u_boot_cmd")))
凡是带有__attribute__ ((unused,section (".u_boot_cmd"))属性声明的变量都将被存放在".u_boot_cmd"段中，并且即使该变量没有在代码中显式的使用编译器也不产生警告信息。
在U-Boot连接脚本u-boot.lds中定义了".u_boot_cmd"段：
. = .;
__u_boot_cmd_start = .; /*将 __u_boot_cmd_start指定为当前地址 */
.u_boot_cmd : { *(.u_boot_cmd) }
__u_boot_cmd_end = .; /* 将__u_boot_cmd_end指定为当前地址 */
这表明带有“.u_boot_cmd”声明的函数或变量将存储在“u_boot_cmd”段。
这样只要将U-Boot所有命令对应的cmd_tbl_t变量加上“.u_boot_cmd”声明，编译器就会自动将其放在“u_boot_cmd”段，查找cmd_tbl_t变量时只要
在__u_boot_cmd_start与__u_boot_cmd_end之间查找就可以了。
因此“menu”命令的定义经过宏展开后如下：
cmd_tbl_t __u_boot_cmd_menu attribute ((unused,section (".u_boot_cmd"))) = {menu, 3, 0, do_menu, "menu - display a menu, to select the items to do something\n", " - display a menu, to select the items to do something"}
实质上就是用U_BOOT_CMD宏定义的信息构造了一个cmd_tbl_t类型的结构体。编译器将该结构体放在“u_boot_cmd”段，执行命令时就可以在“u_boot_cmd”段查找到对应的cmd_tbl_t类型结构体。
（3）实现命令的函数
在cmd_menu.c中添加“menu”命令的响应函数的实现。具体的实现代码略：
int do_menu (cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char *argv[])
{
/* 实现代码略 */
}
（4）将common/cmd_menu.c编译进u-boot.bin
在common/Makefile中加入如下代码：
COBJS-$(CONFIG_BOOT_MENU) += cmd_menu.o
在include/configs/ti8168_dvr.h加入如代码：
#define CONFIG_BOOT_MENU 1
重新编译下载U-Boot就可以使用menu命令了
（5）menu命令执行的过程
在U-Boot中输入“menu”命令执行时，U-Boot接收输入的字符串“menu”，传递给run_command函数。
run_command函数调用common/command.c中实现的find_cmd函数在__u_boot_cmd_start与__u_boot_cmd_end间查找命令，并返回menu命令的cmd_tbl_t结构。
然后run_command函数使用返回的cmd_tbl_t结构中的函数指针调用menu命令的响应函数do_menu，从而完成了命令的执行。
（6）例子：USB下载，命令很简单。
#include <common.h>
#include <command.h>
extern char console_buffer[];
extern int readline (const char *const prompt);
extern char awaitkey(unsigned long delay, int* error_p);
extern void download_nkbin_to_flash(void);
/**
* Parses a string into a number. The number stored at ptr is
* potentially suffixed with K (for kilobytes, or 1024 bytes),
* M (for megabytes, or 1048576 bytes), or G (for gigabytes, or
* 1073741824). If the number is suffixed with K, M, or G, then
* the return value is the number multiplied by one kilobyte, one
* megabyte, or one gigabyte, respectively.
*
* @param ptr where parse begins
* @param retptr output pointer to next char after parse completes (output)
* @return resulting unsigned int
*/
static unsigned long memsize_parse2 (const char *const ptr, const char **retptr)
{
unsigned long ret = simple_strtoul(ptr, (char **)retptr, 0);
int sixteen = 1;
switch (**retptr) {
case 'G':
case 'g':
ret <<= 10;
case 'M':
case 'm':
ret <<= 10;
case 'K':
case 'k':
ret <<= 10;
(*retptr)++;
sixteen = 0;
default:
break;
}
if (sixteen)
return simple_strtoul(ptr, NULL, 16);
return ret;
}
void param_menu_usage()
{
printf("\r\n##### Parameter Menu #####\r\n");
printf("[v] View the parameters\r\n");
printf("[s] Set parameter \r\n");
printf("[d] Delete parameter \r\n");
printf("[w] Write the parameters to flash memeory \r\n");
printf("[q] Quit \r\n");
printf("Enter your selection: ");
}
void param_menu_shell(void)
{
char c;
char cmd_buf[256];
char name_buf[20];
char val_buf[256];
while (1)
{
param_menu_usage();
c = awaitkey(-1, NULL);
printf("%c\n", c);
switch (c)
{
case 'v':
{
strcpy(cmd_buf, "printenv ");
printf("Name(enter to view all paramters): ");
readline(NULL);
strcat(cmd_buf, console_buffer);
run_command(cmd_buf, 0);
break;
}
case 's':
{
sprintf(cmd_buf, "setenv ");
printf("Name: ");
readline(NULL);
strcat(cmd_buf, console_buffer);
printf("Value: ");
readline(NULL);
strcat(cmd_buf, " ");
strcat(cmd_buf, console_buffer);
run_command(cmd_buf, 0);
break;
}
case 'd':
{
sprintf(cmd_buf, "setenv ");
printf("Name: ");
readline(NULL);
strcat(cmd_buf, console_buffer);
run_command(cmd_buf, 0);
break;
}
case 'w':
{
sprintf(cmd_buf, "saveenv");
run_command(cmd_buf, 0);
break;
}
case 'q':
{
return;
break;
}
}
}
}
void main_menu_usage(void)
{
printf("\r\n##### 100ask Bootloader for OpenJTAG #####\r\n");
printf("[n] Download u-boot to Nand Flash\r\n");
if (bBootFrmNORFlash())
printf("[o] Download u-boot to Nor Flash\r\n");
printf("[k] Download Linux kernel uImage\r\n");
printf("[j] Download root_jffs2 image\r\n");
// printf("[c] Download root_cramfs image\r\n");
printf("[y] Download root_yaffs image\r\n");
printf("[d] Download to SDRAM & Run\r\n");
printf("[z] Download zImage into RAM\r\n");
printf("[g] Boot linux from RAM\r\n");
printf("[f] Format the Nand Flash\r\n");
printf("[s] Set the boot parameters\r\n");
printf("[b] Boot the system\r\n");
printf("[r] Reboot u-boot\r\n");
printf("[q] Quit from menu\r\n");
printf("Enter your selection: ");
}
void menu_shell(void)
{
char c;
char cmd_buf[200];
char *p = NULL;
unsigned long size;
unsigned long offset;
struct mtd_info *mtd = &nand_info[nand_curr_device];
while (1)
{
main_menu_usage();
c = awaitkey(-1, NULL);
printf("%c\n", c);
switch (c)
{
case 'n':
{
strcpy(cmd_buf, "usbslave 1 0x30000000; nand erase bootloader; nand write.jffs2 0x30000000 bootloader $(filesize)");
run_command(cmd_buf, 0);
break;
}
case 'o':
{
if (bBootFrmNORFlash())
{
strcpy(cmd_buf, "usbslave 1 0x30000000; protect off all; erase 0 +$(filesize); cp.b 0x30000000 0 $(filesize)");
run_command(cmd_buf, 0);
}
break;
}
case 'k':
{
strcpy(cmd_buf, "usbslave 1 0x30000000; nand erase kernel; nand write.jffs2 0x30000000 kernel $(filesize)");
run_command(cmd_buf, 0);
break;
}
case 'j':
{
strcpy(cmd_buf, "usbslave 1 0x30000000; nand erase root; nand write.jffs2 0x30000000 root $(filesize)");
run_command(cmd_buf, 0);
break;
}
#if 0
case 'c':
{
strcpy(cmd_buf, "usbslave 1 0x30000000; nand erase root; nand write.jffs2 0x30000000 root $(filesize)");
run_command(cmd_buf, 0);
break;
}
#endif
case 'y':
{
strcpy(cmd_buf, "usbslave 1 0x30000000; nand erase root; nand write.yaffs 0x30000000 root $(filesize)");
run_command(cmd_buf, 0);
break;
}
case 'd':
{
extern volatile U32 downloadAddress;
extern int download_run;
download_run = 1;
strcpy(cmd_buf, "usbslave 1");
run_command(cmd_buf, 0);
download_run = 0;
sprintf(cmd_buf, "go %x", downloadAddress);
run_command(cmd_buf, 0);
break;
}
case 'z':
{
strcpy(cmd_buf, "usbslave 1 0x30008000");
run_command(cmd_buf, 0);
break;
}
case 'g':
{
extern void do_bootm_rawLinux (ulong addr);
do_bootm_rawLinux(0x30008000);
}
case 'b':
{
printf("Booting Linux ...\n");
strcpy(cmd_buf, "nand read.jffs2 0x30007FC0 kernel; bootm 0x30007FC0");
run_command(cmd_buf, 0);
break;
}
case 'f':
{
strcpy(cmd_buf, "nand erase ");
printf("Start address: ");
readline(NULL);
strcat(cmd_buf, console_buffer);
printf("Size(eg. 4000000, 0x4000000, 64m and so on): ");
readline(NULL);
p = console_buffer;
size = memsize_parse2(p, &p);
sprintf(console_buffer, " %x", size);
strcat(cmd_buf, console_buffer);
run_command(cmd_buf, 0);
break;
}
case 's':
{
param_menu_shell();
break;
}
case 'r':
{
strcpy(cmd_buf, "reset");
run_command(cmd_buf, 0);
break;
}
case 'q':
{
return;
break;
}
}
}
}
int do_menu (cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char *argv[])
{
menu_shell();
return 0;
}
U_BOOT_CMD(
menu, 3, 0, do_menu,
"menu - display a menu, to select the items to do something\n",
" - display a menu, to select the items to do something"
);
TFTP下载
#include <common.h>
#include <command.h>
/**功能：等待键盘输入***/
static char awaitkey(unsigned long delay, int* error_p)
{
int i;
char c;
if (delay == -1) {
while (1) {
if (tstc()) /* we got a key press */
return getc();
}
}
else {
for (i = 0; i < delay; i++) {
if (tstc()) /* we got a key press */
return getc();
udelay (10*1000);
}
}
if (error_p)
*error_p = -1;
return 0;
}
/*****提示符，功能说明****/
void main_menu_usage(void)
{
printf("\r\n######## Hotips TFTP DownLoad for SMDK2440 ########\r\n");
printf("\r\n");
printf("[1] 下载 u-boot.bin 写入 Nand Flash\r\n");
printf("[2] 下载 Linux(uImage) 内核镜像写入 Nand Flash\r\n");
printf("[3] 下载 yaffs2(fs.yaffs) 文件系统镜像写入 Nand Flash\r\n");
printf("[4] 下载 Linux(uImage) 内核镜像到内存并运行\r\n");
printf("[5] 重启设备\r\n");
printf("[q] 退出菜单\r\n");
printf("\r\n");
printf("输入选择: ");
}
/***do_menu()的调用函数，命令的具体实现***/
void menu_shell(void)
{
char c;
char cmd_buf[200];
while (1)
{
main_menu_usage();
c = awaitkey(-1, NULL);
printf("%c\n", c);
switch (c)
{
case '1':
{
strcpy(cmd_buf, "tftp 0x32000000 u-boot.bin; nand erase 0x0 0x60000; nand write 0x32000000 0x0 0x60000");
run_command(cmd_buf, 0);
break;
}
case '2':
{
strcpy(cmd_buf, "tftp 0x32000000 uImage; nand erase 0x80000 0x200000; nand write 0x32000000 0x80000 0x200000");
run_command(cmd_buf, 0);
break;
}
case '3':
{
strcpy(cmd_buf, "tftp 0x32000000 fs.yaffs; nand erase 0x280000; nand write.yaffs2 0x32000000 0x280000 $(filesize)");
run_command(cmd_buf, 0);
break;
}
case '4':
{
strcpy(cmd_buf, "tftp 0x32000000 uImage; bootm 0x32000000");
run_command(cmd_buf, 0);
break;
}
case '5':
{
strcpy(cmd_buf, "reset");
run_command(cmd_buf, 0);
break;
}
case 'q':
{
return;
break;
}
}
}
}
int do_menu (cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char *argv[])
{
menu_shell();
return 0;
}
U_BOOT_CMD(
menu, 1, 0, do_menu,
"Download Menu",
"U-boot Download Menu by Hotips\n"
);
