1. Bootloader功能分析

  • Bootloader（如Uboot、Redboot、Blob、vivi等）直接和CPU、外围硬件设备（存储器、网卡、LCD等）打交道，负责初始化硬件设备，以及负责拉起内核：建立内存空间映射图，为内核的启动运行做好一切准备，最后将Linux内核代码加载到RAM中运行。

  • 一般来说，bootload都会提供两种操作模式：

    • 正常启动模式：无需开发者和用户干涉，上电后自动开始运行，完成启动内核的任务；
    • 下载模式（开发者模式）：需要用户干预，进入下载模式，使用uboot命令进行操作；

  • BootLoader程序是分级载入机制，通常分为 stage1 和 stage2 两大部分。

    • Stage1：
      BootLoader 的 stage1 依赖于CPU体系结构的代码，例如CPU相关初始化代码等， 通常都用汇编语言来实现，达到高效操作的目的。 包括以下步骤：

      • ①硬件设备初始化

        • 屏蔽所有的中断
        • 设置CPU的速度和时钟频率
        • 设置内存控制器
        • 关闭 CPU 内部指令／数据 cache
      • ②为加载 stage2 准备 RAM 空间
      • ③拷贝 stage2 到 RAM 空间中
      • ④设置好堆栈指针sp，为执行 C 语言代码作好准备；
      • ⑤跳转到 stage2 阶段的C程序入口处。

    • Stage2：

      BootLoader 的 stage2 通常用C语言来实现，可以实现更复杂的功能，而且代码会具有更好的可读性和可移植性。 包括以下步骤：

      • ①初始化本阶段要使用到的硬件设备；

        • 串口设备：以便输出信息
          ……
        • ②检测系统内存映射(memory map)：准备识别在整个 4GB 物理地址空间中有哪些地址范围被分配用来寻址系统的 RAM单元；
        • ③将 kernel 映像和根文件系统映像从 flash 上读到 RAM 空间中；
        • ④为内核设置启动参数；
        • ⑤调用内核：跳至内核代码入口开始执行。

2. Uboot代码结构分析

开发环境：我使用的是JZ2440开发板，处理器是三星的S3C2440，CPU是ARM920T。

开发目标：修改Uboot源代码，使之适配我的S3C2440处理器。

开发方法：1、因为Uboot默认不支持S3C2440处理器，所以先研究Uboot支持的且与S3C2440相近的S3C2410的启动过程源代码，了解自己需要修改哪些文件。

首先，请看smdk2410的启动过程思维导图：

2.1 一看配置文件smdk2410.h

在查看uboot源码的时候，很多配置项都取决于单板配置文件中的宏定义，比如smdk2410这个单板的配置文件是include\configs\smdk2410.h文件，在查看源码时，可以在此文件中查看宏定义是否存在。

2.2 二看链接文件u-boot.ds

可以看到，0地址处存放的是arch/arm/cpu/arm920t/start.S文件编译产生的obj文件。

2.3 三看启动文件start.S

打开arch/arm/cpu/arm920t/start.S

.globl _start                      // .globl定义一个全局符号"_start",表明_start这个符号要被链接器用到
_start:                            //_start：系统复位设置,以下共8种不同的异常处理
b      start_code                  //系统启动即跳转到start_code处执行
ldr    pc, _undefined_instruction                 //未定义的指令异常 0x4
ldr    pc, _software_interrupt                 // 软件中断异常 0x8
ldr    pc, _prefetch_abort                 //内存操作异常 0xc
ldr    pc, _data_abort                 //数据异常 0x10
ldr    pc, _not_used                 //未使用 0x14
ldr    pc, _irq                   //中断IRQ异常 0x18
ldr    pc, _fiq                 //快速中断FIQ异常 0x1c_undefined_instruction:    .word undefined_instruction                 //0x20
_software_interrupt:    .word software_interrupt                       //0x24
_prefetch_abort:    .word prefetch_abort             // 0x28
_data_abort:    .word data_abort                     //0x2c
_not_used:    .word not_used                        //0x30
_irq:    .word irq                                  //0x34
_fiq:    .word fiq                                  //0x38.balignl 16,0xdeadbeef                              //0x3c

在第1行中".globl _start":使用.globol声明全局符号_start，在 board/100ask24x0/u-boot.lds中ENTRY(_start)这里用到。其中符号保存的地址都在顶层目录/system.map中列出来了

system.map文件开头部分如下：

33f80000 t $a
33f80000 T _start                   //_start符号被链接在33f80000,其中33f80000是生成bin文件的运行启始地址.
33f80020 t $d
33f80020 t _undefined_instruction   //_undefined_instruction符号被链接在33f80020
...
33f80160 t undefined_instruction //_undefined_instruction指向的undefined_instruction符号被链接在33f80160
33f801c0 t software_interrupt
33f80220 t prefetch_abort
33f80280 t data_abort
33f802e0 t not_used
33f80340 T Launch
33f803b0 t On_Steppingstone
33f80400 t irq
...

在第2行中_start之所以有8种不同的异常处理，是在2440芯片手册已经规定好了的，如下图1：

从上图可以看出复位异常处理需要进入管理模式(0X00000000)，所以start.S 中b start_code也可以写作b reset，都是跳转到start_code处执行，即设置CPU进入管理模式后进行核级初始化。

在linux中的异常向量地址是经过MMU(虚拟内存管理)产生的虚拟地址，比如中断地址：0x18映射到物理地址是0xc000 0018(映射地址由自己设定)，所以linux把中断向量放在0xc000 0018就行了。

CPU一上电设置了入口地址"ENTRY(_start)“后，就会进入”_start"全局符号中执行上面第3行跳转到复位异常字段: b rese或b start_code。

1. 后面的异常处理为什么用ldr不用b指令？

之所以第一句使用b reset，是因为ldr指令属于绝对跳转，而b属于相对跳转，它的地址与代码位置无关。因为复位异常在CPU运行前是没有初始化SDRAM的(不能使用0X30000000以上地址)。

在正常工作后也可能触发复位，这时由于CPU已经对SDRAM、MMU(虚拟内存管理)等初始化了，此时的虚拟地址和物理地址完全不同，所以reset使用b指令相对跳转。

２. 后面的异常处理是怎么执行的？执行后异常处理又怎么退出？

（1）在2440芯片手册上给出,例如当处理一个中断IRQ异常时：

  • a. 保存当前PC现场（返回地址）到寄存器R14；
  • b. 把当前程序状态寄存器(CPSR)保存到备份程序状态寄存器(SPSR)中，从异常退出的时候，就可以由SPSR来恢复CPSR；
  • c. 根据中断IRQ异常处理，强制将 CPSR 模式位设为中断模式，如下图：
  • d. 强制 PC 执行相关异常向量处的语句（跳转到中断异常处理函数处）。

（2）当退出中断IRQ异常时:**

  • a. 将中断IRQ所对应的R14_irq寄存器中的返回地址减4（PC总指向当前执行语句的下两条语句地址）得到被中断语句的下条地址放入到 PC 中。

  • b. 复制 SPSR 的内容给 CPSR 中。
  • c. 如果在异常进入时置位了中断禁止标志位异常，则清除中断禁止标志位。

3. 第12行中的.word类似于(unsigend long)

以第12行中 _undefined_instruction: .word undefined_instruction为例讲解：
_undefined_instruction和undefined_instruction都是一个标号
，表示_undefined_instruction指向一个32位(4字节)地址，该地址用undefined_instruction符号变量代替。

用C语言表示就是: _undefined_instruction = &undefined_instruction

相当于PC从_undefined_instruction取值时将符号变量undefined_instruction的地址存到了PC中。

4. 第20行中 .balignl 16,0xdeadbeef:

它的意思就是在以当前地址开始，在地址为16的倍数的指令位置的上一个指令填入0xdeadbeef的内容。
此时当前地址刚好0x3c=60，由于ARM每个指令间隔4个字节，且64%16=0，所以在0x3c中填入0xdeadbeef。
它们的作用就是为内存做标记插在那里，表示以此为界，往前有特殊作用的内存，禁止用户访问。

接下来继续往下看start.s

/*
*实际启动代码
*/start_code:
/* 1、设置CPU为管理模式(SVC32 mode)*/                           mrs    r0,cpsr                   //MRS读出CPSR寄存器值到R0bic    r0,r0,#0x1f               //将R0低5位清空orr    r0,r0,#0xd3               //R0与b'110 10011按位或,禁止IRQ和FIQ中断,10011：复位需要设为管理模式msr    cpsr,r0                   //MSR写入CPSR寄存器/* S3C2410的内核是ARM920T，这段代码用不到 */
#if defined(CONFIG_AT91RM9200DK) || defined(CONFIG_AT91RM9200EK)/** relocate exception table*/ldr   r0, =_startldr r1, =0x0mov    r2, #16
copyex:subs r2, r2, #1ldr   r3, [r0], #4str r3, [r1], #4bne copyex
#endif#ifdef CONFIG_S3C24X0/* turn off the watchdog *//* 2、关看门狗 *///经过查看S3C2410/S3C2440数据手册，寄存器地址一致，不用修改# if defined(CONFIG_S3C2400)#define pWTCON    0x15300000#define INTMSK    0x14400008  /* Interrupt-Controller base addresses */#define CLKDIVN    0x14800014  /* clock divisor register */
#else#define pWTCON     0x53000000  //看门狗定时器寄存器(0表示关闭看门狗)#define INTMOD     0X4A000004  //(中断模式寄存器(0:IRQ模式，1:FRQ模式)#define INTMSK        0x4A000008  //中断屏蔽寄存器(0:开启中断服务，1:关闭中断服务)#define INTSUBMSK    0x4A00001C  //中断次级屏蔽寄存器(0:开启中断服务，1:关闭中断服务)#define CLKDIVN    0x4C000014  //时钟分频寄存器
#endif/* 关看门狗 */
ldr     r0, =pWTCON                        //R0等于WTCON地址
mov     r1, #0x0                           //R1=0x0
str     r1, [r0]                           //关闭WTCON寄存器,pWTCON=0;/* 3、关掉所有中断   */  mov    r1, #0xffffffff                     //R1=0XFFFFFFFFldr    r0, =INTMSK                         //R0等于INTMSK地址str    r1, [r0]                            //*0x4A000008=0XFFFF FFFF(关闭所有中断)# if defined(CONFIG_S3C2410)ldr    r1, =0x3ff                            //R1=0x3FFldr    r0, =INTSUBMSK                        //R0等于INTSUBMSK地址str    r1, [r0]                              //*0x4A00001C=0x3FF(关闭次级所有中断)
# endif/* 4. 设置系统时钟分频系数 *//* FCLK:HCLK:PCLK = 1:2:4 *//* default FCLK is 120 MHz ! */ldr   r0, =CLKDIVNmov    r1, #3str   r1, [r0]/** we do sys-critical inits only at reboot,* not when booting from ram!* 5. CPU内部初始化*判断系统是从nand启动还是直接将程序下载到SDRAM中运行，若系统从nand启动，这里得到r0和r1值*是不一样的，r1=0x33f80000，而r0=0x00000000。说明没初始化SDRAM,ne(no equal)标识符为*真，所以bl cpu_init_crit执行跳转.*/
#ifndef CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INITadr    r0, _start     ldr    r1, _TEXT_BASE     cmp     r0, r1               blne    cpu_init_crit
#endif/* Set stackpointer in internal RAM to call board_init_f */
/* 6. 设置好栈顶指针sp = 0x30000f80，然后调用C程序中的board_init_f 函数 */
call_board_init_f:ldr   sp, =(CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR)bic  sp, sp, #7 /* 8-byte alignment for ABI compliance */ldr r0,=0x00000000bl   board_init_f
  • CPU复位后从这里开始执行bootloader的 stage1 阶段，这里初始化了：

    • 1.设置CPU为管理模式：SVC32
    • 2.关看门狗
    • 3.屏蔽所有中断
    • 4.设置系统时钟分频系数
    • 5.CPU内部（核级）初始化（进入cpu_init_crit函数关闭MMU,进入lowlevel_init初始化13个BANK寄存器来初始化SDRAM）
    • 6.设置好栈顶指针sp，调用C程序中的board_init_f 函数。

2.4 四看CPU核级初始化文件cpu_init_crit函数

  • cpu_init_crit函数的主要功能是：

    • 设置CPU中重要的寄存器
    • 设置内存控制器时序

2.4.1 设置CPU中的寄存器

#ifndef CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INITcpu_init_crit:/**flush v4 I/D caches*/mov    r0, #0//关闭ICaches(指令缓存,关闭是为了降低MMU查表带来的开销)和DCaches(数据缓存,DCaches使用的是虚拟地址，开启MMU之前必须关闭)mcr    p15, 0, r0, c7, c7, 0//使无效整个数据和指令TLB(TLB就是负责将虚拟内存地址翻译成实际的物理内存地址)mcr    p15, 0, r0, c8, c7, 0/** disable MMU stuff and caches*/mrc    p15, 0, r0, c1, c0, 0//bit8:系统不保护,bit9:ROM不保护,bit13:设置正常异常模式0x0~0x1c,即异常模式基地址为0X0bic    r0, r0, #0x00002300    @ clear bits 13, 9:8 (--V- --RS)//bit0~2:禁止MMU，禁止地址对齐检查,禁止数据Cache.bit7:设为小端模式bic    r0, r0, #0x00000087    @ clear bits 7, 2:0 (B--- -CAM) orr    r0, r0, #0x00000002    @ bit2:开启地址对齐orr    r0, r0, #0x00001000    @ bit12:开启ICachemcr    p15, 0, r0, c1, c0, 0/**Caches:是一种高速缓存存储器，用于保存CPU频繁使用的数据。在使用Cache技术的处理器上，当一条*指令要访问内存的数据时，首先查询cache缓存中是否有数据以及数据是否过期，如果数未过期则从*cache读出数据。处理器会定期回写cache中的数据到内存。根据程序的局部性原理，使用cache后可以*大大加快处理器访问内存数据的速度。其中DCaches和ICaches分别用来存放数据和执行这些数据的指令。*TLB:就是负责将虚拟内存地址翻译成实际的物理内存地址,TLB中存放了一些页表文件，文件中记录了虚*拟地址和物理地址的映射关系。当应用程序访问一个虚拟地址的时候，会从TLB中查询出对应的物理地址，*然后访问物理地址。TLB通常是一个分层结构，使用与Cache类似的原理。处理器使用一定的算法把最常用*的转换表放在最先访问的层次。这里禁用MMU，是方便后面直接使用物理地址来设置控制寄存。*//** before relocating, we have to setup RAM timing* because memory timing is board-dependend, you will* find a lowlevel_init.S in your board directory.*/mov    ip, lr      //临时保存当前子程序返回地址,因为接下来执行bl会覆盖当前返回地址.bl    lowlevel_init //跳转到lowlevel_init(/board/samsung/smdk2410/lowlevel_init.S)mov    lr, ip         //恢复当前返回地址mov    pc, lr         //退出
#endif /* CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT */

2.4.2 调用lowlevel_init函数 设置内存控制器

每个单板的内存控制器设置代码都是不一样的，所以 lowlevel_init 函数放在了单板目录中的lowlevel_init.S文件中，即 board\samsung\smdk2410\lowlevel_init.S。

_TEXT_BASE:.word CONFIG_SYS_TEXT_BASE.globl lowlevel_init
lowlevel_init:/* memory control configuration *//* make r0 relative the current location so that it *//* reads SMRDATA out of FLASH rather than memory ! */ldr r0, =SMRDATA    //将SMRDATA的首地址(0x33F806C8)存到r0中 ldr r1, _TEXT_BASE  //r1等于_TEXT_BASE内容，也就是TEXT_BASE(0x33F80000)sub    r0, r0, r1     //将0x33F806C8与0x33F80000相减，得到现在13个寄存器值在NOR Flash上存放的开始地址ldr    r1, =BWSCON  //将BWSCON寄存器地址值存到r1中 (第一个存储器寄存器首地址)add r2, r0, #13*4    //每个寄存器4字节,r2=r0+13*4=NOR Flash上13个寄存器值最后一个地址
0: ldr r3, [r0], #4     //将r0的内容存到r3的内容中(r3等于SMRDATA里面值)， 同时r0地址+=4;str r3, [r1], #4   //将r3的内容存到r1所指的地址中(向寄存器地址里写入r3值),同时r1地址+=4;cmp r2, r0             // 判断r2和r0bne 0b                //不等则跳转到第6行继续执行mov pc, lr           //跳回到返回地址中继续执行SMRDATA:
.word (0+(B1_BWSCON<<4)+(B2_BWSCON<<8)+(B3_BWSCON<<12)+(B4_BWSCON<<16)+(
B5_BWSCON<<20)+(B6_BWSCON<<24)+(B7_BWSCON<<28)) //设置每个BWSCON，注意BANK0由硬件连线决定了
.word ((B0_Tacs<<13)+(B0_Tcos<<11)+(B0_Tacc<<8)+(B0_Tcoh<<6)+(B0_Tah<<4)+(B0_Tacp<<2)+(B0_PMC))
.word ((B1_Tacs<<13)+(B1_Tcos<<11)+(B1_Tacc<<8)+(B1_Tcoh<<6)+(B1_Tah<<4)+(B1_Tacp<<2)+(B1_PMC))
.word ((B2_Tacs<<13)+(B2_Tcos<<11)+(B2_Tacc<<8)+(B2_Tcoh<<6)+(B2_Tah<<4)+(B2_Tacp<<2)+(B2_PMC))
.word ((B3_Tacs<<13)+(B3_Tcos<<11)+(B3_Tacc<<8)+(B3_Tcoh<<6)+(B3_Tah<<4)+(B3_Tacp<<2)+(B3_PMC))
.word ((B4_Tacs<<13)+(B4_Tcos<<11)+(B4_Tacc<<8)+(B4_Tcoh<<6)+(B4_Tah<<4)+(B4_Tacp<<2)+(B4_PMC))
.word ((B5_Tacs<<13)+(B5_Tcos<<11)+(B5_Tacc<<8)+(B5_Tcoh<<6)+(B5_Tah<<4)+(B5_Tacp<<2)+(B5_PMC))
//设置BANKCON0~BANKCON5
.word ((B6_MT<<15)+(B6_Trcd<<2)+(B6_SCAN))
.word ((B7_MT<<15)+(B7_Trcd<<2)+(B7_SCAN))//设置BANKCON6~BANKCON7
.word ((REFEN<<23)+(TREFMD<<22)+(Trp<<20)+(Trc<<18)+(Tchr<<16)+REFCNT)//设置REFRESH,在S3C2440中11～17位是保留的，也即(Tchr<<16)无意义
.word 0xb1 //设置BANKSIZE,对于容量可以设置大些，多出来的空内存会被自动检测出来
.word 0x30 //设置MRSRB6
.word 0x30 //设置MRSRB7

2.5 五看CPU板级初始化文件board_init_f函数

该函数在arch/arm/lib/board.c中定义：

2.5.1 gd指针

/* Pointer is writable since we allocated a register for it */gd = (gd_t *) ((CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR) & ~0x07);

gd指针变量是一个寄存器变量，在arch/arm/include/asm/global_data.h文件中定义：#define DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR register volatile gd_t *gd asm ("r8")。这个宏定义将gd定义为一个指向gd_t类型的寄存器变量（优势：读写效率高），并将这个寄存器指定为CPU寄存器组中的r8寄存器。

那么，gd变量指向内存中的哪个地址呢？

在stage1阶段跳转到 board_init_f 函数之前，使用汇编指令将 sp 设置为CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR，通过直接查看反汇编代码，得到该值为0x30000f80。

接下来具体研究一下CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR是如何计算出来的，在include/configs/smdk2410.h文件中可以看到计算公式：

/* additions for new relocation code, must be added to all boards */
//为了新的重定位代码添加
#define CONFIG_SYS_SDRAM_BASE   PHYS_SDRAM_1
#define CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR (CONFIG_SYS_SDRAM_BASE + 0x1000 - GENERATED_GBL_DATA_SIZE)

同样在该配置文件中，定义了 PHYS_SDRAM_1 的大小：

 * Physical Memory Map*/#define CONFIG_NR_DRAM_BANKS 1          /* we have 1 bank of DRAM */#define PHYS_SDRAM_1     0x30000000 /* SDRAM Bank #1 */#define PHYS_SDRAM_1_SIZE 0x04000000 /* 64 MB */#define PHYS_FLASH_1      0x00000000 /* Flash Bank #0 */#define CONFIG_SYS_FLASH_BASE PHYS_FLASH_1

2.5.2 执行init_sequence（初始化序列）中的所有函数

接下来继续研读uboot源代码，在设置完gd指针之后，uboot调用执行了 init_sequence中的所有函数：

for (init_fnc_ptr = init_sequence; *init_fnc_ptr; ++init_fnc_ptr) {if ((*init_fnc_ptr)() != 0) {hang ();}
}

这个函数指针数组init_sequence具体的定义如下（方便起见，我将其中没有用到的代码标示了“未用到”）：

init_fnc_t *init_sequence[] = {/*未用到*/
#if defined(CONFIG_ARCH_CPU_INIT)arch_cpu_init,     /* basic arch cpu dependent setup */
#endif#if defined(CONFIG_BOARD_EARLY_INIT_F)board_early_init_f,
#endif/*未用到*/
#ifdef CONFIG_OF_CONTROLfdtdec_check_fdt,
#endiftimer_init,       /* initialize timer *//*未用到*/
#ifdef CONFIG_FSL_ESDHCget_clocks,
#endifenv_init,     /* initialize environment */init_baudrate,      /* initialze baudrate settings */serial_init,       /* serial communications setup */console_init_f,        /* stage 1 init of console */display_banner,        /* say that we are here */#if defined(CONFIG_DISPLAY_CPUINFO)print_cpuinfo,     /* display cpu info (and speed) */
#endif/*未用到*/
#if defined(CONFIG_DISPLAY_BOARDINFO)checkboard,        /* display board info */
#endif/*未用到*/
#if defined(CONFIG_HARD_I2C) || defined(CONFIG_SOFT_I2C)init_func_i2c,
#endifdram_init,        /* configure available RAM banks */NULL,
};

总结一下，初始化序列 init_sequence 主要是设备初始化工作：

  • ① 硬件平台初始化：时钟系统初始化，GPIO初始化；
  • ② 定时器初始化；
  • ③ 外围设备初始化：串口、Flash等；
  • ④ 打印CPU信息；
  • ⑤ 初始化DRAM（SDRAM）；

接下来挨个查看这些函数的源码：

  • board_early_init_f

这个函数在board/samsung/smdk2410/smdk2410.c文件中定义，是一些与硬件平台相关的初始化，包括时钟初始化、GPIO初始化：

/** Miscellaneous platform dependent initialisations* 各种各样的硬件平台相关初始化*/int board_early_init_f(void)
{struct s3c24x0_clock_power * const clk_power =s3c24x0_get_base_clock_power();struct s3c24x0_gpio * const gpio = s3c24x0_get_base_gpio();/* to reduce PLL lock time, adjust the LOCKTIME register */writel(0xFFFFFF, &clk_power->locktime);/* configure MPLL */writel((M_MDIV << 12) + (M_PDIV << 4) + M_SDIV,&clk_power->mpllcon);/* some delay between MPLL and UPLL */pll_delay(4000);/* configure UPLL */writel((U_M_MDIV << 12) + (U_M_PDIV << 4) + U_M_SDIV,&clk_power->upllcon);/* some delay between MPLL and UPLL */pll_delay(8000);/* set up the I/O ports */writel(0x007FFFFF, &gpio->gpacon);writel(0x00044555, &gpio->gpbcon);writel(0x000007FF, &gpio->gpbup);writel(0xAAAAAAAA, &gpio->gpccon);writel(0x0000FFFF, &gpio->gpcup);writel(0xAAAAAAAA, &gpio->gpdcon);writel(0x0000FFFF, &gpio->gpdup);writel(0xAAAAAAAA, &gpio->gpecon);writel(0x0000FFFF, &gpio->gpeup);writel(0x000055AA, &gpio->gpfcon);writel(0x000000FF, &gpio->gpfup);writel(0xFF95FFBA, &gpio->gpgcon);writel(0x0000FFFF, &gpio->gpgup);writel(0x002AFAAA, &gpio->gphcon);writel(0x000007FF, &gpio->gphup);return 0;
}
  • timer_init初始化

这个函数在arch/arm/cpu/arm920t/s3c24x0/timer.c中定义，用来初始化系统定时器：

int timer_init(void)
{struct s3c24x0_timers *timers = s3c24x0_get_base_timers();ulong tmr;/* use PWM Timer 4 because it has no output *//* prescaler for Timer 4 is 16 */writel(0x0f00, &timers->tcfg0);if (gd->tbu == 0) {/** for 10 ms clock period @ PCLK with 4 bit divider = 1/2* (default) and prescaler = 16. Should be 10390* @33.25MHz and 15625 @ 50 MHz*/gd->tbu = get_PCLK() / (2 * 16 * 100);gd->timer_rate_hz = get_PCLK() / (2 * 16);}/* load value for 10 ms timeout */writel(gd->tbu, &timers->tcntb4);/* auto load, manual update of timer 4 */tmr = (readl(&timers->tcon) & ~0x0700000) | 0x0600000;writel(tmr, &timers->tcon);/* auto load, start timer 4 */tmr = (tmr & ~0x0700000) | 0x0500000;writel(tmr, &timers->tcon);gd->lastinc = 0;gd->tbl = 0;return 0;
}
  • 设备初始化

这些函数用来初始化需要用到的设备，在通用设备驱动文件中定义：

 env_init,           /* initialize environment */init_baudrate,      /* initialze baudrate settings */serial_init,       /* serial communications setup */console_init_f,        /* stage 1 init of console */display_banner,        /* say that we are here */
  • print_cpuinfo

这个函数用来打印CPU信息，在arch/arm/cpu/arm920t/s3c24x0/cpu_info.c文件中：

int print_cpuinfo(void)
{int i;char buf[32];
/* the S3C2400 seems to be lacking a CHIP ID register */
#ifndef CONFIG_S3C2400ulong cpuid;struct s3c24x0_gpio * const gpio = s3c24x0_get_base_gpio();cpuid = readl(&gpio->gstatus1);printf("CPUID: %8lX\n", cpuid);
#endiffor (i = 0; i < ARRAY_SIZE(freq_f); i++)printf("%cCLK: %8s MHz\n", freq_c[i], strmhz(buf, freq_f[i]()));return 0;
}
  • dram_init

这个用来初始化SDRAM，在board/samsung/smdk2410/smdk2410.c文件中：

int dram_init(void)
{/* dram_init must store complete ramsize in gd->ram_size */gd->ram_size = PHYS_SDRAM_1_SIZE;return 0;
}

PHYS_SDRAM_1_SIZE宏定义在上文中已经分析过了，为64MB：

#define PHYS_SDRAM_1_SIZE    0x04000000 /* 64 MB */

返回到start.S继续往下看

stack_setup: //设置栈,方便调用C函数
ldr    r0, _TEXT_BASE    //代码段的初始地址：r0=0x33f80000
sub    r0, r0, #CFG_MALLOC_LEN      //留出一段内存以实现malloc：r0=0x33f50000
sub    r0, r0, #CFG_GBL_DATA_SIZE  //再留出一段存一些全局参数的变量：r0=0x33F4FF80#ifdef CONFIG_USE_IRQ
sub    r0, r0, #(CONFIG_STACKSIZE_IRQ+CONFIG_STACKSIZE_FIQ) //中断与快中断的栈：r0=0x33F4DF7C
#endif
sub    sp, r0, #12                 //留出12字节内存给abort异常设置栈顶sp=r0-12;#ifndef CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT
bl clock_init                  //进入clock_init函数
#endif

这里初始化了：

​ 5.设置栈

​ 6.进入clock_init函数设置时钟

进入clock_init函数

void clock_init(void)
{S3C24X0_CLOCK_POWER *clk_power = (S3C24X0_CLOCK_POWER *)0x4C000000; //定义一个S3C24X0_CLOCK_POWER型结构体指针，clk_power->LOCKTIME=0x4C000000if (isS3C2410) //isS3C2410为0,执行else
{... ...}
else
{/* FCLK:HCLK:PCLK = 1:4:8 */
clk_power->CLKDIVN = S3C2440_CLKDIV; //S3C2440_CLKDIV=0X05/* change to asynchronous bus mod */
__asm__( "mrc p15, 0, r1, c1, c0, 0\n" /* read ctrl register */
"orr r1, r1, #0xc0000000\n" //使其从快总线模式改变为异步总线模式,在2440手册上看到
"mcr p15, 0, r1, c1, c0, 0\n" /* write ctrl register */
:::"r1" //:::"r1" 向GCC声明：我对r1作了改动
);/* to reduce PLL lock time, adjust the LOCKTIME register */
clk_power->LOCKTIME = 0xFFFFFFFF; //PLL 锁定时间计数寄存器/* configure UPLL */
clk_power->UPLLCON = S3C2440_UPLL_48MHZ; //UCLK=48Mhz/* some delay between MPLL and UPLL */
delay (4000); //等待UCLK时钟波形稳定/* configure MPLL */
clk_power->MPLLCON = S3C2440_MPLL_400MHZ; //FCLK=400Mhz/* some delay between MPLL and UPLL */
delay (8000); //等待FCLK时钟波形稳定
}
}

2.5.3 准备内存空间

在 board_init_f 函数中，接下来的内容都是在准备内存空间，详细的代码和SDRAM中uboot准备的内存分布图如下：

移植成功后，执行bdinfo命令查看信息，各地址可能的取值如下：

_start = 0x3000 0000

_size = 0x0400 0000

TLB addr = 0x33FF 0000

relocaddr = 0x33F9 D000

reloc off = 0x33F9 D000

irq_sp = 0x33B8 CF64

sp start = 0x33B8 CF58

FB base = 0x0000 0000

2.5.4 代码重定位

在准备完内存空间之后，就进入了这个函数的最末端，重定位代码，代码如下：

 gd->relocaddr = addr;gd->start_addr_sp = addr_sp;gd->reloc_off = addr - _TEXT_BASE;debug("relocation Offset is: %08lx\n", gd->reloc_off);memcpy(id, (void *)gd, sizeof(gd_t));//重定位代码relocate_code(addr_sp, id, addr);

2.6 六看重定位代码relocate_code

relocate_code的函数体是在start.S中用汇编语言编写的。

2.6.1. 复制Flash代码到SDRAM中

根据ARM子程序调用规则，C语言调用relocate_code函数时，传入的三个参数分别存放在R0、R1、R2寄存器中，所以在汇编代码被调用时，首先将这三个重要参数保存：

 .globl  relocate_code
relocate_code:mov   r4, r0  /* save addr_sp 保存栈顶指针的值到r4寄存器中 */mov   r5, r1  /* save addr of gd 保存gd指针的值到r5寄存器中 */mov    r6, r2  /* save addr of destination 保存addr的值到r6寄存器中*/

然后设置栈顶指针sp：

 /* Set up the stack                         */
stack_setup:mov sp, r4

bss段中存放的都是初始值为0的全局变量或者静态变量，不会包含在二进制文件中，所以拷贝程序时只需要拷贝到bss端的起始地址结束即可：

 adr r0, _start      //_start是程序起始地址cmp  r0, r6          //和要拷贝的目的地址比较一下beq  clear_bss       //如果相同，跳过拷贝，直接跳到clear_bss处mov r1, r6          //把目的地址加载到r1中ldr    r3, _bss_start_ofs  //加载add r2, r0, r3      /* r2 <- source end address      */copy_loop:ldmia   r0!, {r9-r10}       /* copy from source address [r0]    */stmia r1!, {r9-r10}       /* copy to   target address [r1]    */cmp   r0, r2                  /* until source end address [r2]    */blo   copy_loop

2.6.2. 修改变量和函数的链接地址

存放在Flash中的程序中，函数和变量的调用地址是基于0地址，现在拷贝到了SDRAM中，而SDRAM的基地址是0x3000_0000，所以需要对拷贝程序中所有的调用链接地址进行修改。

修改程序如下：

#ifndef CONFIG_SPL_BUILD/** fix .rel.dyn relocations*/ldr    r0, _TEXT_BASE      /* r0 <- Text base */sub r9, r6, r0      /* r9 <- relocation offset */ldr r10, _dynsym_start_ofs  /* r10 <- sym table ofs */add    r10, r10, r0        /* r10 <- sym table in FLASH */ldr   r2, _rel_dyn_start_ofs  /* r2 <- rel dyn start ofs */add r2, r2, r0      /* r2 <- rel dyn start in FLASH */ldr    r3, _rel_dyn_end_ofs    /* r3 <- rel dyn end ofs */add   r3, r3, r0      /* r3 <- rel dyn end in FLASH */
fixloop:ldr r0, [r2]        /* r0 <- location to fix up, IN FLASH! */add r0, r0, r9      /* r0 <- location to fix up in RAM */ldr r1, [r2, #4]and r7, r1, #0xffcmp    r7, #23         /* relative fixup? */beq    fixrelcmp   r7, #2          /* absolute fixup? */beq    fixabs/* ignore unknown type of fixup */b   fixnext
fixabs:/* absolute fix: set location to (offset) symbol value */mov r1, r1, LSR #4      /* r1 <- symbol index in .dynsym */add   r1, r10, r1     /* r1 <- address of symbol in table */ldr    r1, [r1, #4]        /* r1 <- symbol value */add  r1, r1, r9      /* r1 <- relocated sym addr */b  fixnext
fixrel:/* relative fix: increase location by offset */ldr   r1, [r0]add r1, r1, r9
fixnext:str r1, [r0]add r2, r2, #8      /* each rel.dyn entry is 8 bytes */cmp  r2, r3blo   fixloop
#endif

2.6.3 清除BSS

clear_bss:
#ifndef CONFIG_SPL_BUILDldr r0, _bss_start_ofsldr   r1, _bss_end_ofsmov r4, r6          /* reloc addr */add r0, r0, r4add   r1, r1, r4mov   r2, #0x00000000     /* clear                */clbss_l:str   r2, [r0]        /* clear loop...            */add   r0, r0, #4cmp   r0, r1bne   clbss_lbl coloured_LED_initbl red_led_on
#endif

2.7 七看board_init_r代码（调用C函数，进入stage2阶段）

首先计算调用地址，存放到lr寄存器中，然后设置向该函数传入的参数（gd_t地址和dest_addr地址），最后加载lr寄存器的值到pc中，成功调用board_init_r函数（这个函数在arch\arm\lib\board.c文件中）：

 ldr r0, _board_init_r_ofsadr    r1, _startadd   lr, r0, r1add   lr, lr, r9/* setup parameters for board_init_r */mov    r0, r5      /* gd_t */mov   r1, r6      /* dest_addr *//* jump to it ... */mov  pc, lr_board_init_r_ofs:.word board_init_r - _start

调用该函数开始uboot的stage2阶段——由C语言实现的复杂功能。该阶段的分析放到后面再分析，下面先看我们修改后的u-boot文件能否成功编译，再将其烧录到实际开发板中，看能否成功运行。

2.8、uboot的硬件初始化(板级)

在start.S初始化后跳转到start_armboot实现第2阶段硬件相关的初始化(烧写擦除flash,网卡驱动,usb驱动,串口驱动,从FLASH读内核，启动内核等)然后调用main_loop();实现u-boot环境参数设置(print)，读内核，启动内核等.

uboot-第二阶段硬件初始化主要主要执行以下三个过程:

1.启动内核(开机不按空格)

s = getenv ("bootcmd"); //char指针变量s指向bootcmd(command)环境变量
run_command (s, 0); //执行bootcmd命令 run_command():执行命令函数

2.进入菜单(开机按空格)

run_command("menu", 0); //进入菜单界面，按q(queue)键退出

3.进入u-boot界面(退出菜单后)

len = readline (CFG_PROMPT); //一直扫描串口输入的命令(以回车结尾)
rc = run_command (lastcommand, flag); //执行串口输入的命令

上面三个过程都是执行了run_command()函数,所以u-boot核心在于执行命令。下面具体请看代码：

start_armboot函数代码如下(位于u-boot-1.1.6/lib_arm/borad.c)

void start_armboot (void)
{...
for (init_fnc_ptr = init_sequence; *init_fnc_ptr; ++init_fnc_ptr) { //init_sequence:进入初始化序列，初始化CPU,GPIO,中断,环境,串口,设置SDRAM首地址和长度等
if ((*init_fnc_ptr)() != 0) {hang ();
}
}size = flash_init (); //初始化NOR FLASH
mem_malloc_init (_armboot_start - CFG_MALLOC_LEN); //初始化malloc(相当于C语言中的malloc()和free(),实现堆的分配和释放)
nand_init();    //初始化NAND FLASH
env_relocate (); //将环境参数[enviconment]迁移[relocate]到内存指定位置
cs8900_get_enetaddr (gd->bd->bi_enetaddr); //初始化网络设备
....
for (;;) {main_loop (); //死循环调用main_loop();
}main_loop()分析(位于u-boot-1.1.6/common/main.c):
环境参数设置，从flash读出内核，启动内核等
void main_loop (void)
{...s = getenv ("bootdelay"); //char指针变量s指向bootdelay(开机倒计时)环境变量
bootdelay = s ? (int)simple_strtol(s, NULL, 10) : CONFIG_BOOTDELAY; //这个CONFIG_BOOTDELAY全局变量等于3,表示bootdelay=3S、
...
...
s = getenv ("bootcmd"); //char指针变量s指向bootcmd(command)环境变量
...
...
if (bootdelay >= 0 && s && !abortboot (bootdelay)) { //当开机bootdelay秒内无串口输入时
...
# ifndef CFG_HUSH_PARSER
{printf("Booting Linux ...\n"); //启动 Linux ...
run_command (s, 0); //执行bootcmd命令 s= getenv ("bootcmd");
}
...
}
/*bootcmd:启动命令 */
/*在uboot里输入print就会有这么一行"boodcmd=nand read .jffs2 0x30007FC0 kernel; bootm 0x30007FC0" */
/*当在开机bootdelay秒内未有串口输入，则会执行bootcmd命令: */
/*1.从NAND FLASH中读出内核到SDRAM的0x30007FC0中(nand read .jffs2 0x30007FC0 kernel) */
/* 2.从0x30007FC0中启动内核 */
...
...
run_command("menu", 0); //当开机bootdelay秒内有串口输入时,进入菜单界面，按q(queue)键退出
...
...
for (;;) { //进入u-boot界面
...
len = readline (CFG_PROMPT); //一直扫描串口输入的命令(以回车结尾)
...
rc = run_command (lastcommand, flag); //执行串口输入的命令
}
...
}

接下来开始分析u-boot怎么实现查找命令和制作命令。

2.9 run_command()命令查找过程和命令生成过程

2.9.1 run_command函数命令查找过程分析

在u-boot界面中(main_loop();位于u-boot-1.1.6/common/main.c ):
a 输入命令字符串
b 将命令字符串代入函数run_command()
c run_command()：判断命令字符串,在argv[0]里保存命令名，并调用find_cmd(argv[0]))函数查找内存中该命令结构体,判断各个参数,执行命令等
d find_cmd(argv[0]))：查找.u_boot_cmd命令段中所有命令是否与argv[0]这个命令名字相等,

2.9.1.1 首先查看run_command()函数分析,如何判断判断命令

int run_command (const char *cmd, int flag) //*cmd:入口字符串命令 flag:参数
{cmd_tbl_t *cmdtp;
char cmdbuf[CFG_CBSIZE];    //cmdbuf：用来备份的
char *str = cmdbuf; //*str指向备份的入口命令
...
if (!cmd || !*cmd) { //先对字符串命令cmd的有效性进行检测，判断该命令是否为空
return -1;    /* empty command */
}
if (strlen(cmd) >= CFG_CBSIZE) { //判断字符串命令的长度是否在CFG_CBSIZE(256)范围之内
puts ("## Command too long!\n");
return -1;
}
strcpy (cmdbuf, cmd); //备份入口命令cmd到cmdbufwhile (*str) { //str指向cmdbuf备份命令,循环判断字符串命令有几个
/*因为uboot允许一次输入多个命令,以下就是分析 是否有多个命令，*/
/* 比如在uboot界面输入"print;md.w 0"回车后，先打印出环境参数后，后打印地址0里存放的数据。*/
for (inquotes = 0, sep = str; *sep; sep++) //sep指向当前命令str的开头,一直for寻找当前命令结尾处
{if ((*sep=='\'') && //对"\"解析，分割成多个命令
(*(sep-1) != '\\'))
inquotes=!inquotes;if (!inquotes &&
(*sep == ';') &&    //判断当前等于";"
( sep != str) &&    //且当前指向的位置不是命令的开头，
(*(sep-1) != '\\'))
break; //停止本次for循环,sep指向当前这个命令结尾处
}
token= str; //token指向当前命令的开头
if (*sep) { //将当前";"分割符处替换成'\0'空字符
str = sep + 1;    //str命令指向下个命令，若下个命令为空，退出while (*str)循环.
*sep = '\0'; //将当前命令结尾";"处替换成'\0'空字符
}
else
str = sep;    //如果没有命令了,就指向当前命令底部 process_macros (token, finaltoken); //token=当前命令开头,将当前命令中的宏替换掉,
//例如命令"nand write .yaffs 30000000 0X00260000 $(kernelsize)":其中$(kernelsize)就是宏,这里将替换成文件大小长度if ((argc = parse_line (finaltoken, argv)) == 0)
//argc等于参数的个数。
//parse_line函数:解析当前命令用argv数组保存并返回当前命令参数个数,例如"md.w 0"->argv[0]=“md.w”(保存命令), argv[1]=“0”(保存参数){
rc = -1;    /* no command at all */
continue;
}if ((cmdtp = find_cmd(argv[0])) == NULL) {
/* find_cmd(argv[0])) :查找.u_boot_cmd段中是否有这个命令argv[0]名字,若有的话返回这个命令的结构体,否则返回NULL。*/
/* cmdtp: 指向argv[0]命令名字的结构体. */
printf ("Unknown command '%s' - try 'help'\n", argv[0]); //输出提示，未找到命令
rc = -1;    /* give up after bad command */
continue;
}
/*其中find_cmd()返回值和cmdtp都是一个cmd_tbl_s型结构体,其中成员如下所示：
struct cmd_tbl_s {
char    *name;    //命令的名字
int    maxargs;    //命令后带的最大参数个数
int    repeatable;    //定义命令是否可重复，例如:在uboot界面输入"md.w 0"打印后，再次敲回车键继续运行该命令.int    (*cmd)(struct cmd_tbl_s *, int, int, char *[]); //函数指针，用于命令执行时需要调用什么函数
char    *usage;    // 该命令所对应得较短的使用说明，例如输入“help”,每行命令后面都跟着较短的使用说明
#ifdef    CFG_LONGHELP
char    *help;    // 该命令所对应得较详细的使用说明，例如输入“help md”,会打印出该命令详细的使用说明
#endif
};
*/
if (argc > cmdtp->maxargs) { //检查当前命令的参数个数argc是否在最大参数个数范围内
printf ("Usage:\n%s\n", cmdtp->usage);
rc = -1;
continue;
}if ((cmdtp->cmd) (cmdtp, flag, argc, argv) != 0) { //cmdtp:当前命令结构体,判断cmdtp->cmd执行命令有没有函数
rc = -1; //执行命令
}repeatable &= cmdtp->repeatable; //设置命令重复执行标志if (had_ctrlc ()) //检查是否有ctrl+c按键按下，如果有的话，取消当前命令执行。
return 0;    /* if stopped then not repeatable */
}return rc ? rc : repeatable;
}

2.9.1.2 进入find_cmd()函数分析,如何查找命令

cmd_tbl_t *find_cmd (const char *cmd) //*cmd:字符串命令名
{cmd_tbl_t *cmdtp;
cmd_tbl_t *cmdtp_temp = &__u_boot_cmd_start;    /*Init value */
const char *p;
int len;
int n_found = 0;
len = ((p = strchr(cmd, '.')) == NULL) ? strlen (cmd) : (p - cmd); //查找'.'这个字符,用来获得当前字符串命令长度lenfor (cmdtp = &__u_boot_cmd_start;
cmdtp != &__u_boot_cmd_end;
cmdtp++)
//上面的__u_boot_cmd_start和__u_boot_cmd_end在board/100ask24x0/u-boot.lds连接脚本里已定义.
//所以for循环是将*cmd入口参数从所有命令起始段找到命令结束段，直到找到为止。
{if (strncmp (cmd, cmdtp->name, len) == 0) { //比较len长度的*cmd和cmdtp->name,若相等表示找到一样的实际命令。
if (len == strlen (cmdtp->name)) //再次获取实际命令的长度,判断是否和当前命令的长度一样。
return cmdtp;    //已找到，返回实际命令的结构体
cmdtp_temp = cmdtp;    /* abbreviated command ? */
n_found++;
}
}if (n_found == 1) {    /* exactly one match */
return cmdtp_temp;
}return NULL;    /* not found or ambiguous command */
}

2.9.2 命令定义分析,分析命令是怎么定义出来的

例如:"boodcmd=nand read.jffs2 0x30007FC0 kernel;bootm 0x30007FC0 "中bootm命令(定义过程,如何定义的)分析：

2.9.2.1 “bootm 0x30007FC0” 是使用bootm命令,参数为0x30007FC0, 该命令位于Cmd_bootm.C

先搜索bootm命令,位于./common/Cmd_bootm.C (命令文件都存在common文件里，Cmd_bootm.C就是定义bootm命令的文件)
进入./common/Cmd_bootm.C:

其中执行bootm这个命令时所对应的函数就是:

int do_bootm (cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char *argv[]);

这个do_bootm函数等于bootm命令里的宏U_BOOT_CMD->cmd
do_bootm()成员:

cmd_tbl_t *cmdtp :  指向命令段里的bootm命令结构体
flag   :      参数
argc   :      参数个数,例如"bootm 0x30007FC0",那么argc=2。
argv   :      存参数的数组,共argc个.例如"bootm 0x30007FC0",那么argv[0]="bootm",argv[1]="0x30007FC0".

它在U_BOOT_CMD宏里,是因为每个命令都是通过U_BOOT_CMD宏定义调用的,如下：

U_BOOT_CMD(                            //U_BOOT_CMD宏里有bootm成员,CFG_MAXARGS成员等
bootm,    CFG_MAXARGS,    1,    do_bootm,                 // do_bootm是一个函数名
"bootm - boot application image from memory\n",
"[addr [arg ...]]\n - boot application image stored in memory\n" //usage成员，较短的帮助说明
"\tpassing arguments 'arg ...'; when booting a Linux kernel,\n"
"\t'arg' can be the address of an initrd image\n"
#ifdef CONFIG_OF_FLAT_TREE
"\tWhen booting a Linux kernel which requires a flat device-tree\n"
"\ta third argument is required which is the address of the of the\n"
"\tdevice-tree blob. To boot that kernel without an initrd image,\n"
"\tuse a '-' for the second argument. If you do not pass a third\n"
"\ta bd_info struct will be passed instead\n" //help成员，详细的帮助说明
#endif
);

2.9.2.2 再来看看U_BOOT_CMD宏是怎么定义的，宏U_BOOT_CMD在./include/command.h定义,如下所示:

#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}

这里定义了全局变量:U_BOOT_CMD(name,maxargs,rep,cmd,usage,help)等于"cmd_tbl_t _u_boot_cmd##name Struct_Section={#name, maxargs, rep, cmd, usage, help}"

2.9.2.3 其中U_BOOT_CMD宏各个参数意义如下:

cmd_tbl_t: 定义__u_boot_cmd_bootm的类型为cmd_tbl_t结构体
##name: 指向name,其中name指向第2.1节里面U_BOOT_CMD宏里的第一个成员 bootm.
Struct_Section: 保存命令的段位置参数,在./include/Command.h中定义, “#define Struct_Section attribute ((unused,section (".u_boot_cmd")))”,section表示强制将 段属性设为.u_boot_cmd命令段
#name: U_BOOT_CMD宏里第一个成员,命令名字,等于"bootm"
maxargs: 最大参数个数,等于CFG_MAXARGS
rep： [repeat]是否支持重复,等于1,表示支持
cmd: 执行命令后对应的函数指针,执行命令时就会使用该指针 , 在2.1节里,
usage:保存字符串,用于较短的帮助说明,等于上面代码里"bootm - boot application image from memory\n"
help:用于详细的帮助说明，等于U_BOOT_CMD宏里usage成员后剩下的几行字符串 (它们之间没有加逗号，所以那几行字符串都是连接在一起的).

2.9.2.4所以对于bootm命令,最终扩展开为: cmd_tbl_t __u_boot_cmd_bootm attribute ((unused,section (".u_boot_cmd"))) ={bootm, CFG_MAXARGS, 1, do_bootm, “字符串1”,"“字符串2”}

所有uboot中命令定义都是通过 U_BOOT_CMD宏 保存在.u_boot_cmd段中,通过run_command()函数调用.
接下来学习怎么仿照bootm命令来制作hello命令。

2.10 仿照bootm制作hello命令

仿照bootm命令生成来制作一个hello命令,功能:打印出hello,world!和参数值。

步骤如下：

  1. 点击New File，创建cmd_hello.c

将./common/cmd_bootm.c的头文件复制到 cmd_hello.c中. 因为cmd_bootm.c的头文件都是包括的命令相关的文件)：

#include <common.h>
#include <watchdog.h>
#include <command.h>
#include <image.h>
#include <malloc.h>
#include <zlib.h>
#include <bzlib.h>
#include <environment.h>
#include <asm/byteorder.h>
  1. 点击保存

保存在./common文件下,(命令文件都存在common文件里)

  1. 写执行命令需要调用的函数:

复制./common/cmd_bootm.c里的:

int do_bootm (cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char *argv[])
{}

改成:

int do_hello (cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char *argv[]) //执行命令需要调用的函数
{int i;
printf ("hello,world!,arg_numble=%d\n",argc); //打印"hello,world!"和参数个数arg_numble
for(i=0;i<argc;i++)
printf("argv[i]=%s",i,arg[i]); //打印命令名字和参数值return 0;
}
  1. 添加U_BOOT_CMD宏(实现:通过U_BOOT_CMD宏来将命令保存在.u_boot_cmd段里):
U_BOOT_CMD(hello,            //命令名CFG_MAXARGS,   //参数最大值1,               //支持重复使用命令do_hello,         //函数指针，用于命令执行时需要调用什么函数,就是第2节的do_hello函数"hello - just for help...",     //短的使用说明"hello - long help... ..."        //长的使用说明,敲打"help hello"命令,就会出现这段字符串
);

  1. 将cmd_hello.c复制到虚拟机中u-boot-1.1.6/common目录下**

  2. 进入common目录,输入"vi mkfine" 修改conmon目录下mkfine,在mkefine第54行,COBJS里添加cmd_hello.o文件**

  3. 输入"make",生成u-boot.bin文件重新下载就可以使用hello命令了

  4. cmd_hello.c源码:

#include <common.h>
#include <watchdog.h>
#include <command.h>
#include <image.h>
#include <malloc.h>
#include <zlib.h>
#include <bzlib.h>
#include <environment.h>
#include <asm/byteorder.h>int do_hello (cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char *argv[]) //执行命令需要调用的函数
{int i;
printf ("hello,world!,arg_numble=%d\n",argc); //打印"hello,world!"和参数个数arg_numble
for(i=0;i<argc;i++)
printf("argv[i]=%s",i,arg[i]); //打印参数return 0;
}
U_BOOT_CMD(
hello,    //命令名
CFG_MAXARGS, //参数最大值
1,    //支持重复使用命令
do_hello, //函数指针，用于命令执行时需要调用什么函数,就是第2节的do_hello函数
"hello - just for help...\n", //短的使用说明
"hello - long help... ...\n" //长的使用说明,敲打"help hello"命令,就会出现这段字符串
#endif
);

2.11 通过nand命令读内核

本节主要讲解：详细分析UBOOT中bootcmd=nand read.jffs2 0x30007FC0 kernel;bootm 0x30007FC0怎么实现nand命令读内核.

命令行:bootcmd=nand read.jffs2 0x30007FC0 kernel的执行主要有两个步骤:

步骤a: 从NAND FILSHE中kernel分区读出
步骤b: 放到0x30007FC0去

  1. kernel分区: 是flash中的内核区

其中在flash中定义了4大分区:

bootloader 一开机直接运行u-boot
boot parameters 存放一些可以设置的参数,供u-boot使用
kernel 存放内核区
root filesystem 根文件系统,挂载(mount)后才能使用文件系统中的应用程序

这几个分区通过配置文件已在flash地址上是写好了,位于 u-boot-1.1.6/include/configs/100ask24x0.h：

#define MTDIDS_DEFAULT "nand0=nandflash0"
#define MTDPARTS_DEFAULT "mtdparts=nandflash0:256k@0(bootloader)," \
"128k(params)," \
"2m(kernel)," \
"-(root)"

在100ask24x0.h里定义了一个MTDPARTS_DEFAULT宏定义，

  • “mtdparts=nandflash0:” 表示mtdparts分区位于nandflash上
  • “256k@0(bootloader),” 表示从0开始共256kb是bootloader分区
  • “128k(params),” 表示接下来128kb用来存放参数，是params分区
  • “2m(kernel),” 表示接下来2Mb用来存放内核,是kernel分区
  • “-(root)” 表示剩下的容量存放根文件系统,是root分区
  1. 可以通过在uboot界面输入"mtd"命令，查看4个分区的位置情况:
#: name      size        offset      mask_flags
0:bootloader 0X00040000     0X00000000      0
1:params     0X00020000     0X00040000      0
2:kernel     0X00200000     0X00060000      0
3:root       0X0fda0000     0X00260000      0

从上面可以看出bootloader基地址是0x0000 0000,该分区大小为0x0004 000,所以结束地址为0X0003 FFFF。
为什么0X00040000等于256kb?
因为在ARM920t中,每隔4个地址保存了一个32位数据(4个字节), 所以0X00040000=0X00040000个字节=0x100(256)*0x400(1024)=256Kb

  1. 所以 nand read.jffs2 0x30007FC0 kernel 最终扩展开为：
    nand read.jffs2 0x30007FC0 0X00060000 0X00200000

  2. nand命令位于./common/cmd_nand.c(所有命令文件都是存在common中,以cmd_xx.c形式保存)

    其中nand命令执行时调用的是do_nand(cmd_tbl_t * cmdtp, int flag, int argc, char *argv[])函数
    进入do_nand()函数:

    int do_nand(cmd_tbl_t * cmdtp, int flag, int argc, char *argv[])
{
int i, dev, ret;
ulong addr, off, size;
char *cmd, *s;
nand_info_t *nand;
int quiet = 0;
const char *quiet_str = getenv("quiet"); //获取环境变量quietif (argc < 2) //判断nand命令参数个数若小于2,将goto到usage,打印cmdtp->usage(nand命令短的帮助说明)
goto usage;
...
cmd = argv[1]; //cmd="read.jffs2"
...
if (strcmp(cmd, "info") == 0) //cmd不等于"info",不执行
{...}
...
if (strcmp(cmd, "bad") != 0 && strcmp(cmd, "erase") != 0 &&
strncmp(cmd, "dump", 4) != 0 &&
strncmp(cmd, "read", 4) != 0 && strncmp(cmd, "write", 5) != 0 &&
strcmp(cmd, "scrub") != 0 && strcmp(cmd, "markbad") != 0 &&
strcmp(cmd, "biterr") != 0 &&
strcmp(cmd, "lock") != 0 && strcmp(cmd, "unlock") != 0 )
goto usage; //若argv[1]都不满足的话,表示使用命令在语法上有错误,打印短的帮助说明
....
if (strncmp(cmd, "read", 4) == 0 || strncmp(cmd, "write", 5) == 0) //cmd==read为真
{int read;if (argc < 4) // "nand read.jffs2 0x30007FC0 0X00060000 0X00200000"共5个参数,这里不执行
goto usage;addr = (ulong)simple_strtoul(argv[2], NULL, 16); //将argv[2]的"0x30007FC0"字符型转换成数值型read = strncmp(cmd, "read", 4) == 0;
//strncmp():判断cmd和"read"前4个字节若相等返回0,不相等返回大于0的数
//这里cmd与"read"相等，所以strncmp()返回0,read=(0==0)为真,所以read=1
printf("\nNAND %s: ", read ? "read" : "write"); //由于read=1,所以打印"\nNAND read:" if (arg_off_size(argc - 3, argv + 3, nand, &off, &size) != 0)
return 1;s = strchr(cmd, '.'); //strchr():查找'.'字符,若没找到返回NULL。
if (s != NULL &&
(!strcmp(s, ".jffs2") || !strcmp(s, ".e") || !strcmp(s, ".i"))) //if为真,argv[1]=read.jffs2
{
if (read) { //read==1,执行if
/* read */
nand_read_options_t opts;
memset(&opts, 0, sizeof(opts));
opts.buffer = (u_char*) addr; //设置buffer=0x30007FC0
opts.length = size; //设置size=0X00200000=2097152 byte
opts.offset = off; //设置offset=0X00060000
opts.quiet = quiet;
ret = nand_read_opts(nand, &opts);
//nand_read_opts():读取nandflash的kernel分区到 buffer地址,如读取成功返回0
} else {/* write */
...
}
}
else if ( s != NULL && !strcmp(s, ".yaffs")){...
}else if ( s != NULL && !strcmp(s, ".raw")){...
} else {...
}printf(" %d bytes %s: %s\n", size,
read ? "read" : "written", ret ? "ERROR" : "OK"); //打印"2097152 bytes read : OK\n"return ret == 0 ? 0 : 1; //read读取kernel分区成功返回0,失败返回1
}

2.12 启动函数bootm命令

本节主要讲解:
详细分析UBOOT中"bootcmd=nand read.jffs2 0x30007FC0 kernel;bootm 0x30007FC0"
中怎么实现bootm命令启动内核.

其中bootm要做的事情:
a 读取头部,把内核拷贝到合适的地方(0X30008000)
b 在do_boom_linux()中把参数给内核准备好,并告诉内核参数的首地址
c 在do_boom_linux()中最后使用theKernel () 引导内核.
{注意:当在cmd_bootm.C中没有定义宏CONFIG_PPC时，
系统使用./lib_arm/armlinux.C下的do_bootm_linux()函数(本uboot使用的是这个函数).
若定义了该宏,系统会使用./common/cmd_bootm.C下的do_bootm_linux()函数.}

bootm 0x30007FC0
为什么这里是从0x30007FC0启动?

因为Flash上存的内核格式是：uImage　　
而uiamge由: 头部(header) + 真正的内核 组成
在下面1.1节中讲到头部占用了64B字节,用来存放各个参数变量,所以真正的内核加载地址是在：
真正的内核开始地址=0x30007FC0+64=0X30008000,所以bootm启动内核地址刚好位于nand命令加载的地址后面,不需要移动.

  1. uImage头部结构体分析

头部:由结构体image_header_t定义,该结构体大小为64B,位于./include/image.h

typedef struct image_header {uint32_t    ih_magic;    /* Image Header Magic Number(镜像头部幻数,为#define IH_MAGIC    0x27051956    )    */ //幻数:用来标记文件的格式
uint32_t    ih_hcrc;    /* Image Header CRC Checksum(镜像头部CRC校验码)    */
uint32_t    ih_time;    /* Image Creation Timestamp(镜像创建时间戳)*/
uint32_t    ih_size;    /* Image Data Size(镜像数据大小(不算头部) )    */
uint32_t    ih_load;    /* Data    Load Address(镜像数据将要载入的内存地址)    */
uint32_t    ih_ep;      /* Entry Point Address(镜像入口地址)    */
uint32_t    ih_dcrc;    /* Image Data CRC Checksum(镜像数据CRC校验码)    */
uint8_t    ih_os;       /* Operating System(操作系统类型)    */
uint8_t    ih_arch;     /* CPU architecture(CPU架构)    */
uint8_t    ih_type;     /* Image Type(镜像类型)    */
uint8_t    ih_comp;     /* Compression Type(压缩类型)    */
uint8_t    ih_name[IH_NMLEN];    /* Image Name(镜像名字ih_name,共32字节 #define IH_NMLEN    32)    */
} image_header_t;
  1. bootm命令之do_bootm函数分析 (bootm命令位于./common/cmd_bootm.c,其中nand命令执行时调用的是do_bootm()函数)
int do_bootm (cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char *argv[])
{ulong    iflag;
ulong    addr;
ulong    data, len, checksum;
ulong *len_ptr;
uint    unc_len = CFG_BOOTM_LEN;
int    i, verify;
char    *name, *s;
int    (*appl)(int, char *[]);
image_header_t *hdr = &header; //定义头部结构体指针hdr等于header的地址.s = getenv ("verify"); //读取uboot环境变量verify
verify = (s && (*s == 'n')) ? 0 : 1; //如果verify==n,局部变量verify=0,否则verify=1.if (argc < 2) { //如果argc==1(只输入了bootm),则使用缺省加载地址load_addr
addr = load_addr;
} else { //否则使用argv[1](0x30007FC0)为加载地址
addr = simple_strtoul(argv[1], NULL, 16);
}
SHOW_BOOT_PROGRESS (1);
printf ("## Booting image at %08lx ...\n", addr); //打印"## Booting image at 0x30007FC0 ...\n" #ifdef CONFIG_HAS_DATAFLASH
if (addr_dataflash(addr)){read_dataflash(addr, sizeof(image_header_t), (char *)&header);
} else
#endif
memmove (&header, (char *)addr, sizeof(image_header_t));
//在加载地址中前64B大小的头部结构体提取到image_header_t结构变量header中,为下面的分析校验做准备if (ntohl(hdr->ih_magic) != IH_MAGIC) //判断幻数Magic number 是否匹配,不匹配说明下载过程中错误.
{...
} else
#endif    /* __I386__ */
{puts ("Bad Magic Number\n");
SHOW_BOOT_PROGRESS (-1);
return 1;
}
}
SHOW_BOOT_PROGRESS (2);data = (ulong)&header;
len = sizeof(image_header_t);checksum = ntohl(hdr->ih_hcrc);
hdr->ih_hcrc = 0;if (crc32 (0, (uchar *)data    , len) != checksum) { //判断校验和
puts ("Bad Header Checksum\n");
SHOW_BOOT_PROGRESS (-2);
return 1;
}
SHOW_BOOT_PROGRESS (3);....#if defined(__PPC__) //判断体系结构,校验CPU类型是否正确
if (hdr->ih_arch != IH_CPU_PPC)
#elif defined(__ARM__)
if (hdr->ih_arch != IH_CPU_ARM)
#elif defined(__I386__)
if (hdr->ih_arch != IH_CPU_I386)
#elif defined(__mips__)
if (hdr->ih_arch != IH_CPU_MIPS)
#elif defined(__nios__)
if (hdr->ih_arch != IH_CPU_NIOS)
#elif defined(__M68K__)
if (hdr->ih_arch != IH_CPU_M68K)
#elif defined(__microblaze__)
if (hdr->ih_arch != IH_CPU_MICROBLAZE)
#elif defined(__nios2__)
if (hdr->ih_arch != IH_CPU_NIOS2)
#elif defined(__blackfin__)
if (hdr->ih_arch != IH_CPU_BLACKFIN)
#elif defined(__avr32__)
if (hdr->ih_arch != IH_CPU_AVR32)
#else
# error Unknown CPU type //没有找到CPU类型
#endif
...
switch (hdr->ih_type) //判断镜像image类型
{ ...}switch (hdr->ih_comp) //根据镜像压缩(compression)类型把内核镜像解压到指定的地址
{case IH_COMP_NONE: //使用的是没有压缩,执行该段case
if(ntohl(hdr->ih_load) == data) //该data内核地址刚好位于ih_load加载地址,不需要移动,直接运行
{
printf (" XIP %s ... ", name); //打印
}
else //else执行内核移动,将内核data地址移到 hdr->ih_load (加载地址)中
{ ...
memmove ((void *) ntohl(hdr->ih_load), (uchar *)data, len);
...}
break;
case IH_COMP_GZIP:
....
}
...
switch (hdr->ih_os) //根据不同的操作系统类型来启动内核
{
case IH_OS_LINUX: //LINUX系统,执行该段case
#ifdef CONFIG_SILENT_CONSOLE
fixup_silent_linux();
#endif
do_bootm_linux(cmdtp, flag, argc, argv,addr, len_ptr, verify); //执行do_bootm_linux()函数启动内核
break;
case IH_OS_NETBSD: //NETBSD系统
....
....
}

do_bootm()函数若执行无误,最终会执行do_bootm_linux()函数

  1. bootm命令之do_bootm_linux函数分析
    进入do_bootm_linux()函数(位于./lib_arm/armlinux.C) :
void do_bootm_linux (cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char *argv[],ulong addr, ulong *len_ptr, int verify)
{void (*theKernel)(int zero, int arch, uint params); //定义一个函数指针theKernel
... ...
theKernel = (void (*)(int, int, uint))ntohl(hdr->ih_ep); //1.设置theKernel地址=ih_ep镜像入口地址,用于后面启动内核
... ...
char *commandline = getenv ("bootargs");
//commandline指向"bootargs"命令环境参数. 用于后面setup_commandline_tag的形参
//在本uboot界面中输入print指令就能得到"bootargs=noinitrd root=/dev/mtdblock3 init=/linuxrc console=ttySAC0"
//root=/dev/mtdblock3:表示根文件系统root位于第4个flsh分区(mtdblock3), mtdblock0=bootloader,mtd1=参数,mtd2=内核
//init=/linuxrc:指定内核启动后运行的第一个脚本是当前目录下linuxrc脚本
//console=ttySAC0:指定选择串口0(ttySAC0)来打印信息、
... .../*2.设置tag 参数*/
setup_start_tag (bd);           //在0X30000100地址保存start_tag数据，tag:用于u-boot给Linux kernel传递参数数据,因为内核启动后不能使用uboot了.
setup_memory_tags (bd);                   //保存memory_tag数据,让LINUX知道内存多大
setup_commandline_tag (bd, commandline); //保存commandline_tag数据
setup_end_tag (bd);                      //初始化tag结构体结束
....
cleanup_before_linux ();                   //3.启动内核之前需要做一些清理工作,禁止中断,关闭cachetheKernel (0, bd->bi_arch_number, bd->bi_boot_params);
//4.通过ih_ep镜像入口地址启动内核,然后从0X30000010处读取tag参数，
//其中"bd->bi_arch_number"参数是向内核传递的机器ID，用于内核确定机器ID是否正确,    bd->bi_arch_number是在start_armboot函数中board_init里赋了值}

从以上代码中可以看出启动内核之前主要执行了两步骤:

A 通过setup_…_tag函数为内核准备参数,

B 进入cleanup_before_linux函数清除中断和cache

  1. tag参数函数分析
  • d setup_start_tag (bd)函数分析如下: (在上面的tag结构体的首地址为什么在0X30000100?)

通过搜索"setup_start_tag"得到该函数位于./lib_arm/armlinux.c中:

static void setup_start_tag (bd_t *bd)
{params = (struct tag *) bd->bi_boot_params; //初始化(struct tag *)型全局变量params= bd->bi_boot_params=0x30000100,
// 之后的memory_tag和commandline_tag等tag数据都保存在params后面的偏移地址.
params->hdr.tag = ATAG_CORE; //存放srat常量:params->hdr.tag = ATAG_CORE=0x54410001, tag表示tag类型的常量。
params->hdr.size = tag_size (tag_core); //存放srat长度:params->hdr.size=5, size表示start_tag的结构大小。
//因为tag_size (tag_core)=((sizeof(struct tag_header) + sizeof(struct tag_core)) >> 2)
//其中tag_header结构体里有2个4字节成员(size,tag),
//tag_core结构体里有3个4字节成员(flags,pagesize,rootdev)
//所以tag_size (tag_core)=(2*4+3*4)>>2=5; 单位是4字节
params->u.core.flags = 0;    //存放params的(tag_core型)结构体成员u.core.flags=0
params->u.core.pagesize = 0;//存放params的(tag_core型)结构体成员u.core.pagesize=0
params->u.core.rootdev = 0;//存放params的(tag_core型)结构体成员u.core.rootdev=0params = tag_next (params); //params指向下一个tag(setup_memory_tags),params=(0x30000100+size*4)=0x30000114
}

通过上面代码,最终内存分布为：

  • do_bootm_linux函数中setup_memory_tags(bd)函数分析如下:
static void setup_memory_tags (bd_t *bd)
{int i;for (i = 0; i < CONFIG_NR_DRAM_BANKS; i++) {params->hdr.tag = ATAG_MEM; //存放内存tag常量: params->hdr.tag =ATAG_MEM= 0x54410002
params->hdr.size = tag_size (tag_mem32); //存放内存长度:params->hdr.size =4 (len+ATAG_MEM+u.mem.size+u.mem.start)params->u.mem.start = bd->bi_dram[i].start;
//存放内存(sdram)的的首地址,
// bd->bi_dram[i].start在start_armboot()函数中init_sequence->dram_init结构函数成员里被复制：
// gd->bd->bi_dram[0].start = PHYS_SDRAM_1;其中"PHYS_SDRAM_1"在./include/configs/100ask24x0.h中定义为0X30000000(bank6首地址)
//所以,这里存放内存(sdram)首地址:params->u.mem.start =0X30000000;
params->u.mem.size = bd->bi_dram[i].size;
//同上,gd->bd->bi_dram[0].size = PHYS_SDRAM_1_SIZE;"PHYS_SDRAM_1_SIZE"被定义为0X04000000(64Mb)
//所以,这里存放内存(sdram)长度: params->u.mem.size=0X04000000;
params = tag_next (params); //params指向下一个tag(setup_commandline_tag),params=(0x30000114+size*4)=0x30000124
}
}

通过上面代码,最终内存分布为：

  • do_bootm_linux函数中setup_commandline_tag(bd)函数分析如下:
static void setup_commandline_tag (bd_t *bd, char *commandline) //commandline:指向"bootargs"命令环境参数
{char *p;if (!commandline) // 判断bootargs是否为空,
return;for (p = commandline; *p == ' '; p++); //去掉空格if (*p == '\0') //判断*p是否为空
return;params->hdr.tag = ATAG_CMDLINE; //存放命令行产量: params->hdr.tag =ATAG_MEM= 0x54410009
params->hdr.size =
(sizeof (struct tag_header) + strlen (p) + 1 + 4) >> 2; //存放命令行长度 params->hdr.size
/* 其中 strlen (p) + 1 + 4: +1表示添加结束符'/0' */
/* +4 表示向上取整,比如当len=(4,5,6,7)时，size=(len+4）>>2=2; 实现4字节对齐 */strcpy (params->u.cmdline.cmdline, p);
//存放命令行参数:params->u.cmdline.cmdline=boottargs=noinitrd root=/dev/mtdblock3 init=/linuxrc console=ttySAC0params = tag_next (params); //params指向下一个tag(setup_end_tag)
}

通过上面代码,最终内存分布为：

  • do_bootm_linux函数中setup_end_tag (bd)函数分析如下:
static void setup_end_tag (bd_t *bd)
{params->hdr.tag = ATAG_NONE; //params->hdr.tag =ATAG_NONE=0
params->hdr.size = 0; //size=0
}

通过上面代码,最终内存分布为：

  • 进入cleanup_before_linux函数清除中断和cache(./arm920t/cpu/cpu.c):
int cleanup_before_linux (void)
{unsigned long i;disable_interrupts (); //禁止中断
/* turn off I/D-cache */ //关闭 指令Icache和数据Dcache
asm ("mrc p15, 0, %0, c1, c0, 0":"=r" (i));
i &= ~(C1_DC | C1_IC);
asm ("mcr p15, 0, %0, c1, c0, 0": :"r" (i));/* flush I/D-cache */
i = 0;
asm ("mcr p15, 0, %0, c7, c7, 0": :"r" (i));return (0);
}

2.13 八看编译测试

  • 1 编译smdk2440开发板的启动程序

    • make distclean
make smdk2440_config
make

  • 2 编译成功后，使用EasyOpen-JTAG将其烧录到NorFlash中，但由于这种方式非常耗时，所以建议使用开发板或芯片提供商官方提供的正常运行的U-BOOT程序的USB下载方式进行烧录。

    • 1 连接EasyOpenJTAG：EasyOpenJTAG 和电脑的 USB相连，将 EasyOpenJTAG 的 10pin 的 JTAG 线插入 开发板的有凸槽那端的 JTAG 口，接上开发板电源线，开启电源。

    • 2 使用 oflash 命令烧写程序：

      • (1) 把要烧写的文件 uboot.bin拷贝到 D 盘根目录。

      • (2) “Win + R”组合键打开 Windows 命令窗口并输入cmd， (2) 先在窗口输入“d:”切换到 D 盘根目录，然后输入“dir”，查看当前路径中的文件， 确认要烧录的uboot.bin文件已存在与当前目录。

      • (3) 输入“oflash uboot.bin”命令，即可启动 oflash 并选择烧写程序。

        • ① 选择 JTAG 类型，这里选择“0：OpenJTAG”，因此输入“0”并回车;
        • ② 选择 CPU 类型，这里选择“1：S3C2440”, 因此输入“1”并回车;
        • ③ 选择烧写位置，这里选择“0：Nand Flash prog”, 因此输入“0”并回车;
        • ④ 选择烧写内容，这里选择“0：Nand Flash Program”, 因此输入“0”并回车;
        • ⑤ 选择烧写起始地址，直接输入“0“并回车;

  • 3 利用USB下载方式烧录自己编译的uboot文件

    • ① 然后用 2 条 USB线连接 PC 和 开发板：一条是 USB串口、另一条是 DNW 设备（USB文件传输）。

    • ②打开串口工具，然后上电启动开发板，在串口工具中按住空格，使 UBOOT启动前进入菜单模式，并键入“q”退出菜单模式，进入命令模式。

    • ③ Windows下打开dnw程序，并在串口工具命令行中输入usb 1 30000000命令，准备下载自己编译的uboot.bin。

    • 4）打开 dnw_100ask.exe，可以看到类似下图（标题栏中显示“USB:OK”时，才可以使用 USB下载）：

    • 5）依次选择菜单栏的USB Port => Transmit，在弹出的对话框中选择需要下载的我们自己编译的uboot.bin文件。

    • 6）观察串口工具，如果提示“RECEIVED FILE SIZE: …. ”表示文件已经下载到开发板指定的内存地址处（0x30000000）。

    • 7）依次执行如下指令，将文件从内存移动到Nor Flash中:

      • protect off all
erase 0 7ffff
cp.b 30000000 0 80000

    • 8）重启开发板（Nor Flash启动），观察我们自己编译的uboot运行情况：

2.14 九看运行结果

可以看到自己移植的uboot运行起来了，但是串口仍然有乱码，说明波特率设置有问题，后续进行修改串口设置：

1 修改串口设置

  • 在文件drivers/serial/serial_s3c24x0.c中找到串口配置函数serial_init，进一步查找，同样在该文件中有serial_init_dev，该函数用来初始化串口设备，该函数末尾跳转到_serial_setbrg。

  • _serial_setbrg函数同样在该文件中调用get_PCLK函数来计算值，如下：

        /* value is calculated so : (int)(PCLK/16./baudrate) -1 */reg = get_PCLK() / (16 * gd->baudrate) - 1;

    查看get_PCLK函数，跳转到文件arch/arm/cpu/arm920t/s3c24x0/speed.c中，可以看到，该函数调用了get_HCLK：

    /* return PCLK frequency */
ulong get_PCLK(void)
{struct s3c24x0_clock_power *clk_power = s3c24x0_get_base_clock_power();return (readl(&clk_power->clkdivn) & 1) ? get_HCLK() / 2 : get_HCLK();
}

    get_HCLK函数同样在该文件中，但是从源码可以看到，只有定义了宏CONFIG_S3C2440，该段代码才有效（整个文件还需要开启宏CONFIG_S3C24X0）：

    /* return HCLK frequency */
ulong get_HCLK(void)
{struct s3c24x0_clock_power *clk_power = s3c24x0_get_base_clock_power();
#ifdef CONFIG_S3C2440switch (readl(&clk_power->clkdivn) & 0x6) {default:case 0:return get_FCLK();case 2:return get_FCLK() / 2;case 4:return (readl(&clk_power->camdivn) & (1 << 9)) ?get_FCLK() / 8 : get_FCLK() / 4;case 6:return (readl(&clk_power->camdivn) & (1 << 8)) ?get_FCLK() / 6 : get_FCLK() / 3;}
#elsereturn (readl(&clk_power->clkdivn) & 2) ? get_FCLK() / 2 : get_FCLK();
#endif
}

1、修改include/configs/smdk2440.h文件：注释掉原CONFIG_S3C2410，添加CONFIG_S3C2440

2、修改arch/arm/cpu/arm920t/start.S中配置时钟分频系数的代码：

3、编译之后发现nand文件和yaffs2文件系统有问题，这里暂且先不使用它们，在单板配置文件smdk2440.h中屏蔽掉相关宏定义：

4、再次编译，没有问题，下载到开发板的Nor Flash中，查看串口输出，可以正常打印CPU信息（比如时钟信息），但是接下来uboot程序提示flash出错，并且死机。

2 修改Nor Flash设置

下面讲述如何定位问题，解决问题，使uboot支持nor flash读写。定位出错问题所在的方法很简单，定位到红色的日志信息 “Flash:” 在程序中的位置即可，这个内容搜索在VS Code全局搜索中很慢，所以沿着uboot启动过程寻找。

  • 在arch/arm/lib/board.c文件中找到，在函数board_init_r中，也就是uboot启动的第2阶段。在代码中可以看到：首先打印出日志信息“Flash：”，然后调用 flash_ini t获取 flash_size，接着对获取到的flash_size进行判断，如果flash_size等于0，则再打印“failed”日志，并且调用hang函数，挂起CPU，即死机。那么，初步定位，问题就在于 flash_init 函数有问题，进入该函数查看其源码。

  • flash_init 函数的源码定义在drivers/mtd/cfi_flash.c文件中，在该函数中，重点代码（2184-2186）如图：

uboot首先调用flash_detect_legacy函数获取Flash的CFI信息，如果获取失败，则调用flash_get_size 函数获取CFI信息，获取之后，将CFI信息中的Flash 大小赋值给size变量，然后返回。

所以，目前问题变为：这两种获取Flash中CFI信息的方法中出现了错误，没有获取到CFI信息。

  • 第一种方法：flash_detect_legacy：

    • 通过跳转到其定义，可以看到源码是通过宏定义CONFIG_FLASH_CFI_LEGACY配置的，在smdk2440.h文件中搜索一下，可以看到被定义，所以flash_detect_legacy相关方法启用。
    • 在函数的源码中，有一句调试信息（1698-1701）通过debug语句输出，可以通过该条语句来查看读取出的三个ID值。默认情况下，debug函数是被关闭的， 在该文件最开始开启debug的宏定义，即添加#define DEBUG语句。

  • 再次编译uboot，并下载u-boot.bin到Nor Flash去，启动，查看串口输出结果

在输出的调试信息中可以看到，Flash的CFI被读出来了，但Flash仍然失败。在调试信息中可以看到，读取出的ID信息为c2 2249 0，查看Nor Flash芯片手册可以看到，0xc2为Manifacture ID，0x2249为Device ID，读出的信息是正确的，但是为什么系统仍然提示Flash出现错误呢？

问题就在于，JEDEC这种古老的标准，它在读取出 ID 信息之后，跑去和Flash库（一个数组）中的信息进行对比匹配，如果匹配到了，就取出预先已经定义好的信息，比如Flash大小之类的信息，如图中红框所示：

jedec_flash_match函数定义在drivers/mtd/jedec_flash.c文件中，源码如图：

翻译一下这个函数的注释：将jedec id 和table相比进行匹配，如果匹配到值，则填充整个flash_info结构体！

所以，读取到的ID值正确，但是系统仍然报错Flash的情况只有一个：预先设置的table中不存在目前的FlashID所匹配的信息。