U-Boot工作过程
大多数 Boot Loader 都包含两种不同的操作模式:"启动加载"模式和"下载"模式,这种区别仅对于开发人员才有意义。
但从最终用户的角度看,Boot Loader 的作用就是:用来加载操作系统,而并不存在所谓的启动加载模式与下载工作模式的区别。
(一)启动加载(Boot loading)模式:这种模式也称为"自主"(Autonomous)模式。
也即 Boot Loader 从目标机上的某个固态存储设备上将操作系统加载到 RAM 中运行,整个过程并没有用户的介入。
这种模式是 Boot Loader 的正常工作模式,因此在嵌入式产品发布的时侯,Boot Loader 显然必须工作在这种模式下。
(二)下载(Downloading)模式:在这种模式下,目标机上的 Boot Loader 将通过串口连接或网络连接等通信手段从主机(Host)下载文件,比如:下载内核映像和根文件系统映像等。从主机下载的文件通常首先被 Boot Loader保存到目标机的RAM 中,然后再被 BootLoader写到目标机上的FLASH类固态存储设备中。Boot Loader 的这种模式通常在第一次安装内核与根文件系统时被使用;此外,以后的系统更新也会使用 Boot Loader 的这种工作模式。工作于这种模式下的 Boot Loader 通常都会向它的终端用户提供一个简单的命令行接口。这种工作模式通常在第一次安装内核与跟文件系统时使用。或者在系统更新时使用。进行嵌入式系统调试时一般也让bootloader工作在这一模式下。
U Boot 这样功能强大的 Boot Loader 同时支持这两种工作模式,而且允许用户在这两种工作模式之间进行切换。
大多数 bootloader 都分为阶段 1(stage1)和阶段 2(stage2)两大部分,u boot 也不例外。依赖于 CPU 体系结构的代码(如 CPU 初始化代码等)通常都放在阶段 1 中且通常用汇编语言实现,而阶段 2 则通常用 C 语言来实现,这样可以实现复杂的功能,而且有更好的可读性和移植性。
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第一、大概总结性得的分析 系统启动的入口点。既然我们现在要分析u-boot的启动过程,就必须先找到u-boot最先实现的是哪些代码,最先完成的是哪些任务。 另一方面一个可执行的image必须有一个入口点,并且只能有一个全局入口点,所以要通知编译器这个入口在哪里。由此我们可以找到程序的入口点是在/board/lpc2210/u-boot.lds中指定的,其中ENTRY(_start)说明程序从_start开始运行,而他指向的是cpu/arm7tdmi/start.o文件。 因为我们用的是ARM7TDMI的cpu架构,在复位后从地址0x00000000取它的第一条指令,所以我们将Flash映射到这个地址上, 这样在系统加电后,cpu将首先执行u-boot程序。u-boot的启动过程是多阶段实现的,分了两个阶段。 依赖于cpu体系结构的代码(如设备初始化代码等)通常都放在stage1中,而且通常都是用汇编语言来实现,以达到短小精悍的目的。 而stage2则通常是用C语言来实现的,这样可以实现复杂的功能,而且代码具有更好的可读性和可移植性。 下面我们先详细分析下stage1中的代码,如图2所示:
图2 Start.s程序流程 代码真正开始是在_start,设置异常向量表,这样在cpu发生异常时就跳转到/cpu/arm7tdmi/interrupts中去执行相应得中断代码。 在interrupts文件中大部分的异常代码都没有实现具体的功能,只是打印一些异常消息,其中关键的是reset中断代码,跳到reset入口地址。 reset复位入口之前有一些段的声明。 1.在reset中,首先是将cpu设置为svc32模式下,并屏蔽所有irq和fiq。 2.在u-boot中除了定时器使用了中断外,其他的基本上都不需要使用中断,比如串口通信和网络等通信等,在u-boot中只要完成一些简单的通信就可以了,所以在这里屏蔽掉了所有的中断响应。 3.初始化外部总线。这部分首先设置了I/O口功能,包括串口、网络接口等的设置,其他I/O口都设置为GPIO。然后设置BCFG0~BCFG3,即外部总线控制器。这里bank0对应Flash,设置为16位宽度,总线速度设为最慢,以实现稳定的操作;Bank1对应DRAM,设置和Flash相同;Bank2对应RTL8019。 4.接下来是cpu关键设置,包括系统重映射(告诉处理器在系统发生中断的时候到外部存储器中去读取中断向量表)和系统频率。 5.lowlevel_init,设定RAM的时序,并将中断控制器清零。这些部分和特定的平台有关,但大致的流程都是一样的。 下面就是代码的搬移阶段了。为了获得更快的执行速度, 通常把stage2加载到RAM空间中来执行,因此必须为加载Boot Loader的stage2准备好一段可用的RAM空间范围。空间大小最好是memory page大小(通常是4KB)的倍数 一般而言,1M的RAM空间已经足够了。 flash中存储的u-boot可执行文件中,代码段、数据段以及BSS段都是首尾相连存储的, 所以在计算搬移大小的时候就是利用了用BSS段的首地址减去代码的首地址,这样算出来的就是实际使用的空间。 程序用一个循环将代码搬移到0x81180000,即RAM底端1M空间用来存储代码。 然后程序继续将中断向量表搬到RAM的顶端。由于stage2通常是C语言执行代码,所以还要建立堆栈去。 在堆栈区之前还要将malloc分配的空间以及全局数据所需的空间空下来,他们的大小是由宏定义给出的,可以在相应位置修改。 基本内存分布图:
图3 搬移后内存分布情况图 下来是u-boot启动的第二个阶段,是用c代码写的, 这部分是一些相对变化不大的部分,我们针对不同的板子改变它调用的一些初始化函数,并且通过设置一些宏定义来改变初始化的流程, 所以这些代码在移植的过程中并不需要修改,也是错误相对较少出现的文件。 在文件的开始先是定义了一个函数指针数组,通过这个数组,程序通过一个循环来按顺序进行常规的初始化,并在其后通过一些宏定义来初始化一些特定的设备。 在最后程序进入一个循环,main_loop。这个循环接收用户输入的命令,以设置参数或者进行启动引导。 本篇**将分析重点放在了前面的start.s上,是因为这部分无论在移植还是在调试过程中都是最容易出问题的地方,要解决问题就需要程序员对代码进行修改,所以在这里简单介绍了一下start.s的基本流程,希望能对大家有所帮助 |