U-boot代码分析与制作

U-Boot分析

Bootloader代码是嵌入式系统复位后进入操作系统前执行的一段代码。通过Bootloader的代码初始化处理器的各寄存器以及其他外部设备，建立存储器映射图以及初始化堆栈，为操作系统提供基本的运行环境。由于嵌入式系统的硬件的多样性，不可能有通用Bootloader，因此需要根据具体硬件特点移植。本节以目前应用比较广泛的U-Boot为例讲解嵌入式系统Bootloader移植的方法。

U-Boot的源代码可以从ftp://ftp.denx.de/pub/u-boot/上获得。使用匿名用户身份登录到U-Boot的FTP服务器后，进入pub/u-boot目录，该目录包含了U-Boot所有代码。本次培训使用U-Boot 1.1.3版本代码作为分析的例子。

学习一个软件，尤其是开源软件，首先应该从分析软件的工程结构开始。一个好的软件有良好的工程结构，对于读者学习和理解软件的架构以及工作流程都有很好的帮助。U-Boot的源代码布局和Linux类似，使用了按照模块划分的结构，并且充分考虑了体系结构和跨平台问题，其源代码树结构请参考表1。

board目录

board目录存放与开发板有关的文件，每种开发板需要的文件被归纳在

board目录的一个目录下。该目录包括每个子目录需要至少提供Makefile和u-boot.lds两个文件，用来设置文件编译的方式以及开发板的硬件资源。如board/smdk2410目录存放了与smdk2410开发板相关的硬件资源和配置函数。

common目录 common目录是与体系结构无关的文件，包括实现各种命令的C语言源代码文件。

cpu目录 cpu目录存放与CPU相关的文件，每种CPU需要的代码文件存放在以CPU名

称命名的子目录下，arm920t存放了arm920t为内核的CPU相关的文件。在每个特定的子目录下都包括cpu.c、interrupt.c和start.S这3个文件，这3个文件是CPU初始化以及配置中断的代码。U-Boot自带了很多CPU相关的代码，用户可以在现有CPU支持的基础上修改自己所需要的配置。

drivers目录

通用设备的驱动程序存放在drivers目录下。U-Boot自带了许多设备的驱

动，包括显示芯片、网络接口控制器、USB控制器、I2C器件等，对于大多数用户而言已经够用，用户也可以按照自己的需求增加或者修改设备驱动。

fs目录

fs存放支持的文件系统代码，U-Boot目前支持cramfs、ext2、fat、jffs、reiserfs、

yaffs等多种常见的文件系统。

net目录 net目录是与网络协议有关的代码，比如BOOTP协议、TFTP协议、RARP协议等。 post目录 post存放与硬件自检有关的代码。 rtc目录 rtc目录存放与硬件实时时钟相关的代码。

tools目录 tools目录存放U-Boot编译过程中用到的一些工具代码。

U-Boot总体工作流程

与大多数Bootloader类似，U-Boot的启动分成stage1和stage2两个阶段。stage1使用汇编

语言编写，通常与CPU体系紧密相关，如处理器初始化和设备初始化代码等，该阶段在start.S文件中实现。图1展示了U-Boot中Stage1阶段的启动过程。

Stage1工作流程：

图1是U-Boot中Stage1工作流程。Stage1的代码都是与平台相关的，使用汇编语言编写占用空间小而且执行速度快。以ARM920为例，Stage1阶段主要是设置各模式程序异常向量表，初始化处理器相关的关键寄存器以及系统内存。Stage1负责建立Stage1阶段使用的堆栈和代码段，然后复制Stage2阶段的代码到内存。

Stage2工作流程：

Stage2阶段一般包括：初始化Flash器件、检测系统内存映射、初始化网络设备、进入命令循环，接收用户从串口发送的命令然后进行相应的处理。Stage2使用C语言编写，用于加载操作系统内核，该阶段主要是board.c中的start_armboot()函数实现。

U-Boot启动流程分析

U-Boot支持多种的处理器和多种开发板，主要是该软件有良好的架构，本节以使用ARM处理器的smdk2410开发板为例分析U-Boot的启动流程，在其他的处理器架构上，U-Boot也执行类似的启动流程。图2是U-Boot在ARM处理器的启动步骤。

图2 U-Boot在ARM处理器的启动步骤

U-Boot在ARM处理器启动过程中的几个关键点：

图2列出了U-Boot在ARM处理器启动过程中的几个关键点：

从图中看出U-Boot的启动代码分布在start.S、low_level_init.S、board.c和main.c文件中。 U-Boot在ARM处理器启动过程中的几个关键点。其中，start.S是U-Boot整个程序的入口，该文件使用汇编语言编写，不同体系结构的启动代码是不同的；low_level_init.S是特定开发板的设置代码；board.c包含开发板底层设备驱动；main.c是一个与平台无关的代码，U-Boot应用程序的入口在此文件中。 1、start.S _start标号 U-Boot代码的入口点

在U-Boot工程中，每种处理器目录下都有一个start.S文件，该文件中有一个_start标号，是整个U-Boot代码的入口点。以ARM 9处理器为例，代码如下： start.S _start标号

35 /* Jump vector table as in table 3.1 in [1]*/ 41 .globl _start

42 _start: b reset // 复位向量：无条件跳转到reset标号 43 ldr pc, _undefined_instruction // 未定义指令向量 44 ldr pc, _software_interrupt // 软件中断向量 45 ldr pc, _prefetch_abort // 预取指令异常向量 46 ldr pc, _data_abort // 数据操作异常向量 47 ldr pc, _not_used // 未使用

48 ldr pc, _irq // 慢速中断向量 49 ldr pc, _fiq // 快速中断向量

51 _undefined_instruction: .word undefined_instruction // 定义中断向量表入口地址 52 _software_interrupt: .word software_interrupt 53 _prefetch_abort: .word prefetch_abort _data_abort: .word data_abort 55 _not_used: .word not_used 56 _irq: .word irq 57 _fiq: .word fiq 58

59 .balignl 16,0xdeadbeef

62 /* Startup Code (reset vector)do important init only if we don't start from memory!relocate armboot to ram setup stack jump to second stage 73 */

75 _TEXT_BASE:

76 .word TEXT_BASE // 定义整个U-Boot镜像文件在内存加载的地址 77

78 .globl _armboot_start 79 _armboot_start: 80 .word _start 81 82 /*

83 * These are defined in the board-specific linkerscript. 84 */

85 .globl _bss_start 86 _bss_start:

87 .word __bss_start

// 定义代码段起始

.globl _bss_end // 定义代码段结束地址 90 _bss_end: 91 .word _end 92

93 #ifdef CONFIG_USE_IRQ

94 /* IRQ stack memory (calculated at run-time) */ 95 .globl IRQ_STACK_START // 定义IRQ的堆栈地址 96 IRQ_STACK_START: 97.word 0x0badc0de 98

99 /* IRQ stack memory (calculated at run-time) */ 100 .globl FIQ_STACK_START // 定义FIQ的堆栈地址 101 FIQ_STACK_START: 102 .word 0x0badc0de 103 #endif

start.S _start标号TEXT_BASE全局变量

_start标号下面的代码主要是一些伪指令，设置全局变量，供启动程序把U-Boot映像从Flash存储器复制到内存中。其中比较重要的变量是TEXT_BASE，该变量是通过连接脚本得到的，在本例中，TEXT_BASE全局变量定义在board/smdk2410/config.mk文件中，默认值是0x33F80000。start.S _start标号TEXT_BASE全局变量TEXT_BASE变量需要根据开发板的情况自己修改，具体地址需要根据硬件设计确定。

start.S _start标号__bss_start、_end

其他还有一些全局变量例如__bss_start、_end等定义在board/smdk2410/u-boot.lds文件中。 u-boot.lds文件保存了U-Boot数据段代码段等在内存中的存放情况，具体的值由编译器计算。

2、start.S reset标号第一个指令

_start标号一开始定义了ARM处理器7个中断向量的向量表，对应ARM处理器的7种模式。 由于上电一开始处理器会从地址0执行指令，因此第一个指令直接跳转到reset标号。reset执行机器初始化的一些操作，此处的跳转指令，无论是冷启动还是热启动开发板都会执行reset标号的代码 start.S reset标号 reset也属于一种异常模式

%提示：reset也属于一种异常模式，并且该模式的代码不需要返回。 start.S reset标号(2)位置及功能 在U-Boot工程中，每种处理器目录下都有一个start.S文件，该文件中有一个reset标号的代码在处理器启动的时候最先被执行。以ARM 9处理器为例，代码如下： start.S reset标号(3) 代码(1) 106 /*

107 * the actual reset code 108 */ 110 reset: 111 /*

112 * set the cpu to SVC32 mode 113 */

114 mrs r0,cpsr // 保存CPSR寄存器的值到r0寄存器 115 bic r0,r0,#0x1f // 清除中断 116 orr r0,r0,#0xd3

117 msr cpsr,r0 // 设置CPSR为超级保护模式 118

119 /* turn off the watchdog */ // 关闭看门狗 120 #if defined(CONFIG_S3C2400)

121 # define pWTCON 0x15300000 // 看门狗寄存器地址

122 # define INTMSK 0x14400008 /* Interupt-Controller base addresses */// 中断控制器基址 123 # define CLKDIVN 0x14800014 /* clock divisorregister */ 124 #elif defined(CONFIG_S3C2410) 125 # define pWTCON 0x53000000 126 # define INTMSK 0x4A000008 /* Interupt-Controller base addresses */ 127 # define INTSUBMSK 0x4A00001C 128 # define CLKDIVN 0x4C000014 /* clock divisor register */ 129 #endif

130

131 #if defined(CONFIG_S3C2400) ||defined(CONFIG_S3C2410) 132 ldr r0, =pWTCON // 取出当前看门狗控制寄存器的地址到r0 133 mov r1, #0x0 // 设置r1寄存器值为0 134 str r1, [r0] // 写入看门狗控制寄存器 135 136 /*

137 * mask all IRQs by setting all bits in the INTMR -default 138 */

139 mov r1, #0xffffffff // 设置r1

140 ldr r0, =INTMSK // 取出中断屏蔽寄存器地址到r0 141 str r1, [r0] // r1的值写入中断屏蔽寄存器 142 # if defined(CONFIG_S3C2410) 143 ldr r1, =0x3ff

144 ldr r0, =INTSUBMSK 145 str r1, [r0] 146 # endif 147

148 /* FCLK:HCLK:PCLK = 1:2:4 */ 149 /* default FCLK is 120 MHz ! */

150 ldr r0, =CLKDIVN // 取出时钟寄存器地址到r0 151 mov r1, #3 // 设置r1的值 152 str r1, [r0] // 写入时钟配置

153 #endif /* CONFIG_S3C2400 || CONFIG_S3C2410*/ 1 155 /*

156 * we do sys-critical inits only at reboot, 157 * not when booting from ram! 158 */

159 #ifndef CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT

160 bl cpu_init_crit // 跳转到开发板相关初始化代码 161 #endif

程序第114行取出CPSR寄存器的值，CPSR寄存器保存当前系统状态，第115行使用比特清除命令清空了CPSR寄存器的中断控制位，表示清除中断。程序116行设置了CPSR寄存器的处理器模式位为超级保护模式，然后在第117行写入CPSR的值强制切换处理器为超级保护模式。程序第120～129行定义看门狗控制器有关的变量，第131～153行根据平台设置看门狗定时器。在程序第150行设置时钟分频寄存器的值。程序第160行需要根据CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT宏的值是否跳转到cpu_init_crit标号执行。请注意这里使用bl指令，在执行完cpu_init_crit标号的代码后会返回。

start.S cpu_init_crit标号(1)位置及功能

在U-Boot工程中，每种处理器目录下都有一个start.S文件，cpu_init_crit标号处的代码初始化ARM处理器关键的寄存器。以ARM 9处理器为例，代码如下：

start.S cpu_init_crit标号(2)代码(1) 228 /*

229 ***************************************** 230 *

231 * CPU_init_critical registers 232 *

233 * setup important registers 234 * setup memory timing 235 *

236 ***************************************** 237 */ 238 239

240 #ifndef CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT 241 cpu_init_crit: 242 /*

243 * flush v4 I/D caches 244 */

245 mov r0, #0

246 mcr p15, 0, r0, c7, c7, 0 /* flush v3/v4 cache */ // 刷新cache 247 mcr p15, 0, r0, c8, c7, 0 /* flush v4 TLB 刷新TLB*/ 248 249/*

250 * disable MMU stuff and caches// 关闭MMU 251 */

252 mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0

253 bic r0, r0, #0x00002300 @ clear bits 13, 9:8 (--V---RS) 2 bic r0, r0, #0x00000087 @ clear bits 7, 2:0 (B--- -CAM) 255 orr r0, r0, #0x00000002 @ set bit 2 (A) Align 256 orr r0, r0, #0x00001000 @ set bit 12 (I) I-Cache 257 mcr p15, 0, r0, c1, c0, 0 258 259 /*

260 * before relocating, we have to setup RAM timing

261 * because memory timing is board-dependend,you will 262 * find a lowlevel_init.S in your board directory. 263 */

2 mov ip, lr

265 bl lowlevel_init // 跳转到lowlevel_init 266 mov lr, ip 267 mov pc, lr

268 #endif /* CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT */

start.S cpu_init_crit标号(3)

代码分析(1) - Cache技术程序第245～247行刷新cache和TLB。cache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，如果数据未过期则从cache读出数据。处理器会定期回写cache中的数据到内存。start.S cpu_init_crit标号(3)代码分析(3) - MMU程序第252～257行关闭MMU。MMU是内存管理单元（Memory Management Unit）的缩写。使用MMU技术可以向应用程序提供一个巨大的虚拟地址空间。在U-Boot初始化的时候，程序看到的地址都是物理地址，无须使用MMU。程序265行跳转到lowlevel_init标号，执行与开发板相关的初始化配置。

4、lowlevel_init.S lowlevel_init标号(1) 位置及功能

lowlevel_init标号位于board/smdk2410/lowlevel_init.S文件，是用来初始化内存控制器的 代码如下:

lowlevel_init.S lowlevel_init标号(2) 代码(1) 132 .globl lowlevel_init 133 lowlevel_init:

134 /* memory control configuration */

135 /* make r0 relative the current location so that it*/

136 /* reads SMRDATA out of FLASH rather thanmemory ! */ 137 ldr r0, =SMRDATA // 读取SMRDATA变量地址 138 ldr r1, _TEXT_BASE // 读取_TEXT_BASE变量地址 139 sub r0, r0, r1

140 ldr r1, =BWSCON /* Bus Width Status Controller*/ // 读取总线宽度寄存器 141 add r2, r0, #13*4 // 得到SMRDATA占用的大小 142 0:

143 ldr r3, [r0], #4 // 加载SMRDATA到内存 144 str r3, [r1], #4 145 cmp r2, r0 146 bne 0b 147

148 /* everything is fine now */ 149 mov pc, lr

152 /* the literal pools origin */ 153

1 SMRDATA: // 定义SMRDATA值

155 .word(0+(B1_BWSCON<<4)+(B2_BWSCON<<8)+(B3_BWSCON<<12)+(B4_BWSCON<<16)+(B5_BWSCON<<20)+(B6_BWSCON<<24)+(B7_BWSCON<<28))

156 .word((B0_Tacs<<13)+(B0_Tcos<<11)+(B0_Tacc<<8)+(B0_Tcoh<<6)+(B0_Tah<<4)+(B0_Tacp<<2)+(B0_PMC))

157 .word((B1_Tacs<<13)+(B1_Tcos<<11)+(B1_Tacc<<8)+(B1_Tcoh<<6)+(B1_Tah<<4)+(B1_Tacp<<2)+(B1_PMC))

158 .word((B2_Tacs<<13)+(B2_Tcos<<11)+(B2_Tacc<<8)+(B2_Tcoh<<6)+(B2_Tah<<4)+(B2_Tacp <<2)+(B2_PMC))

159 .word((B3_Tacs<<13)+(B3_Tcos<<11)+(B3_Tacc<<8)+(B3_Tcoh<<6)+(B3_Tah<<4)+(B3_Tacp<<2)+(B3_PMC))160 .word((B4_Tacs<<13)+(B4_Tcos<<11)+(B4_Tacc<<8)+(B4_Tcoh<<6)+(B4_Tah<<4

)+(B4_Tacp<<2)+(B4_PMC))

161 .word((B5_Tacs<<13)+(B5_Tcos<<11)+(B5_Tacc<<8)+(B5_Tcoh<<6)+(B5_Tah<<4)+(B5_Tacp<<2)+(B5_PMC))

162 .word((B6_MT<<15)+(B6_Trcd<<2)+(B6_SCAN)) 163 .word((B7_MT<<15)+(B7_Trcd<<2)+(B7_SCAN))

1 .word((REFEN<<23)+(TREFMD<<22)+(Trp<<20)+(Trc<<18)+ (Tchr<<16)+REFCNT) 165 .word 0x32 166 .word 0x30 167 .word 0x30

lowlevel_init.S lowlevel_init标号(2) 加载地址1

程序第137～141行计算SMRDATA需要加载的内存地址和大小。首先在137行读取SMRDATA的变量地址，之后计算存放的内存地址并且记录在r0寄存器，然后根据总线宽度计算需要加载的SMRDATA大小，并且把加载结束地址存放在r2寄存器。lowlevel_init.S lowlevel_init标号(2) 加载地址2程序第142～146行复制SMRDATA到内存。SMRDATA是开发板上内存映射的配置，有关内存映射关系请参考S3C2410A芯片手册。 /* make r0 relative the current locationso that it */

/* reads SMRDATA out of FLASH ratherthan memory ! */

之后写的代码正是为了从Flash中去读取SMRDATA这段数据，而不是从内存中。这是由于uboot在Flash中运行和在Ram中运行的物理地址的不同，影响到_TEXT_BASE的值是0还是 0x33F80000。仔细分析源码\"sub r0, r0, r1\"，非常巧妙：如果是在Flash运行，r1=0，执行此句后r0得到SMRDATA在Flash中的首地址，之后循环拷贝；如果在Ram中运行（如Debug），_TEXT_BASE和SMRDATAD的地址都比较高，在0x33F80000之后，执行此句后r0得到这两个高位地址的差值，此偏移量正好仍是SMRDATA在Flash中的地址。ldr存储指令，它会在存储完成后加4，类似于指针后移，所以不用再用add指令了。\"add r2, r0, #13*4\"得到的r2即SMRDATA在Flash中的首地址之后52长度的位置，以它为标杆，r0自加到等于r2了，就跳出。

start.S relocate标号(2)代码(1)

163 #ifndef CONFIG_SKIP_RELOCATE_UBOOT 1 relocate: /* relocate U-Boot to RAM */

165 adr r0, _start /* r0 <- current position of code*/// 获取当前代码存放地址

166 ldr r1, _TEXT_BASE /* test if we run from flashor RAM */// 获取内存存放代码地址 167 cmp r0, r1 /* don't reloc during debug */// 检查是否需要加载 168 beq stack_setup 169

170 ldr r2, _armboot_start // 获取stage2代码存放地址 171 ldr r3, _bss_start // 获取内存代码段起始地址

172 sub r2, r3, r2 /* r2 <- size of armboot*/// 计算stage2代码长度

173 add r2, r0, r2 /* r2 <- source end address */// 计算stage2代码结束地址 174

175 copy_loop:

176 ldmia r0!, {r3-r10} /* copy from source address[r0] */ // 从Flash复制代码到内存 177 stmia r1!, {r3-r10} /* copy to target address[r1] */

178 cmp r0, r2 /* until source end addreee [r2] */ 179 ble copy_loop

180 #endif /* CONFIG_SKIP_RELOCATE_UBOOT */ 181

182 /* Set up the stack */// 在内存中建立堆栈 183 stack_setup:

184 ldr r0, _TEXT_BASE /* upper 128 KiB: relocated uboot */

185 sub r0, r0, #CFG_MALLOC_LEN /* malloc area*/ // 分配内存区域 186 sub r0, r0, #CFG_GBL_DATA_SIZE /* bdinfo*/ 187 #ifdef CONFIG_USE_IRQ 188 sub r0, r0,

#(CONFIG_STACKSIZE_IRQ+CONFIG_STACKSIZE_FIQ) 1 #endif

190 sub sp, r0, #12 /* leave 3 words for abort-stack*/ 191

192 clear_bss: // 初始化内存bss段内容为0

193 ldr r0, _bss_start /* find start of bss segment */// 查找bss段起始地址 194 ldr r1, _bss_end /* stop here */// 查找bss段结束地址 195 mov r2, #0x00000000 /* clear */ // 清空bss段内容 196

197 clbss_l:str r2, [r0] /* clear loop... 198 add r0, r0, #4 199 cmp r0, r1 200 ble clbss_l

223 ldr pc, _start_armboot // 设置程序指针为start_armboot()函数地址 224

225 _start_armboot: .word start_armboot

start.S relocate标号(3)否在内存中执行代码

程序首先在165～168行检查当前是否在内存中执行代码，根据结果决定是否需要从Flash 存储器加载代码。程序通过获取_start和_TEXT_BASE所在的地址比较，如果地址相同说明程序已经在内存中，无须加载。

start.S relocate标号(3)复制堆栈_start_armboot

程序第170～173行计算要加载的Stage2代码起始地址和长度，然后在第176～179行循环 复制Flash的数据到内存，每次可以复制8个字长的数据。Stage2程序复制完毕后，程序第184～190行设置系统堆栈，最后在第193～200行清空内存bss段的内容。

start.S relocate标号(3)_start_armboot

relocate程序最后在223行设置程序指针寄存器为start_armboot()函数地址，程序跳转到Stage2部分执行。请注意第225行的定义，_start_armboot全局变量的值是C语言函数start_armboot()函数的地址，使用这种方式可以在汇编中调用C语言编写的函数。

board.c start_armboot() (1)位置及功能

start_armboot()函数位于lib_arm/board.c中start_armboot()函数主要初始化ARM系统的硬件

和环境变量，包括Flash存储器、FrameBuffer、网卡等，最后进入U-Boot应用程序主循环。start_armboot()函数代码如下：

board.c start_armboot() (2)代码1 236 void start_armboot (void) 237 {

238 init_fnc_t **init_fnc_ptr; 239 char *s;

240 #ifndef CFG_NO_FLASH 241 ulong size; 242 #endif

243 #if defined(CONFIG_VFD) || defined(CONFIG_LCD) 244 unsigned long addr; 245 #endif 246

247 /* Pointer is writable since we allocated a registerfor it */

248 gd = (gd_t*)(_armboot_start - CFG_MALLOC_LEN- sizeof(gd_t)); 249 /* compiler optimization barrier needed for GCC>= 3.4 */ 250 __asm__ __volatile__(\"\": : :\"memory\"); 251

252 memset ((void*)gd, 0, sizeof (gd_t));

253 gd->bd = (bd_t*)((char*)gd - sizeof(bd_t)); 2 memset (gd->bd, 0, sizeof (bd_t)); 255

256 monitor_flash_len = _bss_start - _armboot_start; 257

258 for (init_fnc_ptr = init_sequence; *init_fnc_ptr;++init_fnc_ptr) { 259 if ((*init_fnc_ptr)() != 0) { 260 hang (); 261 } 262 } 263

2 #ifndef CFG_NO_FLASH

265 /* configure available FLASH banks */

266 size = flash_init (); // 初始化Flash存储器配置

267 display_flash_config (size); // 显示Flash存储器配置 268 #endif /* CFG_NO_FLASH */ 269

270 #ifdef CONFIG_VFD 271 # ifndef PAGE_SIZE

272# define PAGE_SIZE 4096 273 # endif 274 /*

275 * reserve memory for VFD display (always full pages)

276 */

277 /* bss_end is defined in the board-specific linker script */

278 addr = (_bss_end + (PAGE_SIZE - 1)) &~(PAGE_SIZE - 1); // 计算FrameBuffer内存地址279 size = vfd_setmem (addr); // 设置FrameBuffer占用内存大小 280 gd->fb_base = addr; // 设置FrameBuffer内存起始地址 281 #endif /* CONFIG_VFD */ 282

283 #ifdef CONFIG_LCD 284 # ifndef PAGE_SIZE

285# define PAGE_SIZE 4096 286 # endif 287 /*

288 * reserve memory for LCD display (always fullpages) 2 */

290 /* bss_end is defined in the board-specific linkerscript */ 291 addr = (_bss_end + (PAGE_SIZE - 1)) &~(PAGE_SIZE - 1); // 计算FrameBuffer内存地址 292 size = lcd_setmem (addr); // 设置FrameBuffer大小 293 gd->fb_base = addr; // 设置FrameBuffer内存起始地址 294 #endif /* CONFIG_LCD */ 295

296 /* armboot_start is defined in the board-specific linker script */ 297 mem_malloc_init (_armboot_start -CFG_MALLOC_LEN); 298

299 #if (CONFIG_COMMANDS & CFG_CMD_NAND) 300 puts (\"NAND: \");

301 nand_init(); /* go init the NAND */// 初始化NAND Flash存储器 302 #endif 303

304 #ifdef CONFIG_HAS_DATAFLASH

305 AT91F_DataflashInit(); // 初始化Hash表 306 dataflash_print_info(); 307 #endif 308

309 /* initialize environment */

310 env_relocate (); // 重新设置环境变量 311

312 #ifdef CONFIG_VFD

313 /* must do this after the framebuffer is allocated*/ 314 drv_vfd_init(); // 初始化虚拟显示设备 315 #endif /* CONFIG_VFD */ 316

317 /* IP Address */

318 gd->bd->bi_ip_addr = getenv_IPaddr (\"ipaddr\"); // 设置网卡的IP地址 319

320 /* MAC Address */ 321 { 322 int i;

323 ulong reg; 324 char *s, *e; 325 char tmp[]; 326

327 i = getenv_r (\"ethaddr\ // 从网卡寄存器读取MAC地址 328 s = (i > 0) ? tmp : NULL; 329

330 for (reg = 0; reg < 6; ++reg) {

331 gd->bd->bi_enetaddr[reg] = s ? simple_strtoul(s, &e, 16) : 0; 332 if (s)

333 s = (*e) ? e + 1 : e; 334 } 335

336 #ifdef CONFIG_HAS_ETH1

337 i = getenv_r (\"eth1addr\ // 读取Hash值 338 s = (i > 0) ? tmp : NULL; 339

340 for (reg = 0; reg < 6; ++reg) {

341 gd->bd->bi_enet1addr[reg] = s ?simple_strtoul (s, &e, 16) : 0; 342 if (s)

343 s = (*e) ? e + 1 : e; 344 }

345 #endif 346 } 347

348 devices_init (); /* get the devices list going. */// 初始化开发板上的设备 349

350 #ifdef CONFIG_CMC_PU2 351 load_sernum_ethaddr ();

352 #endif /* CONFIG_CMC_PU2 */ 353

3 jumptable_init (); // 初始化跳转表 355

356 console_init_r (); /* fully init console as a device*/// 初始化控制台 357

358 #if defined(CONFIG_MISC_INIT_R)

359 /* miscellaneous platform dependentinitialisations */ 360 misc_init_r (); // 初始化其他设备 361 #endif 362

363 /* enable exceptions */

3 enable_interrupts (); // 打开中断 365

366 /* Perform network card initialisation if necessary*/ 367 #ifdef CONFIG_DRIVER_CS00

368 cs00_get_enetaddr (gd->bd->bi_enetaddr); // 获取CS00网卡MAC地址 369 #endif 370

371 #if defined(CONFIG_DRIVER_SMC91111) ||defined (CONFIG_DRIVER_LAN91C96) 372 if (getenv (\"ethaddr\")) {

373 smc_set_mac_addr(gd->bd->bi_enetaddr); // 设置SMC网卡MAC地址 374 }

375 #endif /* CONFIG_DRIVER_SMC91111 ||CONFIG_DRIVER_LAN91C96 */ 376

377 /* Initialize from environment */ 378 if ((s = getenv (\"loadaddr\")) != NULL) { 379 load_addr = simple_strtoul (s, NULL, 16); 380 }

381 #if (CONFIG_COMMANDS & CFG_CMD_NET) 382 if ((s = getenv (\"bootfile\")) != NULL) {

383 copy_filename (BootFile, s, sizeof (BootFile)); // 保存FrameBuffer 384 }

385 #endif /* CFG_CMD_NET */ 386

387 #ifdef BOARD_LATE_INIT

388 board_late_init (); // 开发板相关设备初始化 3 #endif

390 #if (CONFIG_COMMANDS & CFG_CMD_NET) 391 #if defined(CONFIG_NET_MULTI) 392 puts (\"Net: \"); 393 #endif

394 eth_initialize(gd->bd); 395 #endif

396 /* main_loop() can return to retry autoboot, if so just run it again. */ 397 for (;;) {

398 main_loop (); // 进入主循环 399 } 400

401 /* NOTREACHED - no way out of command loop except booting */ 402 }

board.c start_armboot() (3)宏配置

start_armboot()函数代码里有许多的宏开关，供用户根据自己开发板的情况进行配置。在start_armboot()函数第388行调用board_late_init()函数，该函数是开发板提供的，供不同的

开发板做一些特有的初始化工作。

board.c start_armboot() (3)宏配置

在start_armboot()函数中，使用宏开关括起来的代码是在各种开发板上最常用的功能，如CS00网卡配置。

board.c start_armboot() (3)for循环 整个函数配置完毕后，进入一个for死循环，调用main_loop()函数。请读者注意，在main_loop()函数中也有一个for死循环。start_armboot()函数使用死循环调用main_loop()函数，作用是防止main_loop()函数开始的初始化代码如果调用失败后重新执行初始化操作，保证程序能进入到U-Boot的命令行。

main.c main_loop()位置及功能

main_loop()函数位于common/main.c中，做的都是与具体平台无关的工作，主要包括初 始化启动次数机制、设置软件版本号、打印启动信息、解析命令等。

main.c main_loop() (1)

设置启动次数有关参数1

（1）设置启动次数有关参数。在进入main_loop()函数后，首先是根据配置加载已经保留的启动次数，并且根据配置判断是否超过启动次数。

代码如下：main.c main_loop() (1)设置启动次数有关参数2 295 void main_loop (void) 296 {

297 #ifndef CFG_HUSH_PARSER

298 static char lastcommand[CFG_CBSIZE] = { 0, }; 299 int len; 300 int rc = 1; 301 int flag; 302 #endif 303

304 #if defined(CONFIG_BOOTDELAY)&&(CONFIG_BOOTDELAY >= 0) 305 char *s;

306 int bootdelay; 307 #endif

308 #ifdef CONFIG_PREBOOT 309 char *p; 310 #endif

311 #ifdef CONFIG_BOOTCOUNT_LIMIT 312 unsigned long bootcount = 0; 313 unsigned long bootlimit = 0; 314 char *bcs;

315 char bcs_set[16];

316 #endif /* CONFIG_BOOTCOUNT_LIMIT */ 317

318 #if defined(CONFIG_VFD) &&defined(VFD_TEST_LOGO)

319 ulong bmp = 0; /* default bitmap */ 320 extern int trab_vfd (ulong bitmap); 321

322 #ifdef CONFIG_MODEM_SUPPORT 323 if (do_mdm_init)

324 bmp = 1; /* alternate bitmap */ 325 #endif

326 trab_vfd (bmp);

327 #endif /* CONFIG_VFD && VFD_TEST_LOGO */ 328

329 #ifdef CONFIG_BOOTCOUNT_LIMIT

330 bootcount = bootcount_load(); // 加载保存的启动次数 331 bootcount++; // 启动次数加1

332 bootcount_store (bootcount); // 更新启动次数

333 sprintf (bcs_set, \"%lu\打印启动次数 334 setenv (\"bootcount\335 bcs = getenv (\"bootlimit\");

336 bootlimit = bcs ? simple_strtoul (bcs, NULL, 10) :0; // 转换启动次数字符串为UINT类型 337 #endif /* CONFIG_BOOTCOUNT_LIMIT */

main.c main_loop() (1)启动次数功能

第329～337行是启动次数功能，启动次数可以被用户设置一个启动次数，然后 保存在Flash存储器的特定位置，当到达启动次数后，U-Boot无法启动。该功能适合一些商业产品，通过配置不同的License用户重新启动系统。

329 #ifdef CONFIG_BOOTCOUNT_LIMIT

330 bootcount = bootcount_load(); // 加载保存的启动次数 331 bootcount++; // 启动次数加1

332 bootcount_store (bootcount); // 更新启动次数

333 sprintf (bcs_set, \"%lu\打印启动次数 334 setenv (\"bootcount\335 bcs = getenv (\"bootlimit\");

336 bootlimit = bcs ? simple_strtoul (bcs, NULL, 10) : 0; 337 #endif /* CONFIG_BOOTCOUNT_LIMIT */

// 转换启动次数字符串为UINT类型

第329～337行是启动次数功能，启动次数可以被用户设置一个启动次数，然后保存在Flash存储器的特定位置，当到达启动次数后，UBoot无法启动。该功能适合一些商业产品，通过配置不同的License用户重新启动系统。

main.c main_loop() (2)Modem功能（2）

程序第339～348行是Modem功能。如果系统中有Modem，打开该功能可以接受其 他用户通过电话网络的拨号请求。Modem功能通常供一些远程控制的系统使用，代码如下： main.c main_loop() (2)代码

339 #ifdef CONFIG_MODEM_SUPPORT

340 debug (\"DEBUG: main_loop: do_mdm_init=%d\\n\341 if (do_mdm_init) { // 判断是否需要初始化Modem

342 char *str = strdup(getenv(\"mdm_cmd\")); // 获取Modem参数 343 setenv (\"preboot\ /* set or delete definition */ 344 if (str != NULL) 345 free (str);

346 mdm_init(); /* wait for modem connection */ // 初始化Modem 347 }

348 #endif /* CONFIG_MODEM_SUPPORT */

（3）接下来设置U-Boot的版本号，初始化命令自动完成功能等。代码如下： main.c main_loop() (3)设置U-Boot的版本号代码

350 #ifdef CONFIG_VERSION_VARIABLE 351 {

352 extern char version_string[];

3 setenv (\"ver\ /* set version variable */// 设置版本号 355 }

356 #endif /* CONFIG_VERSION_VARIABLE */ 357

358 #ifdef CFG_HUSH_PARSER

359 u_boot_hush_start (); // 初始化Hash功能 360 #endif 361

362 #ifdef CONFIG_AUTO_COMPLETE

363 install_auto_complete(); // 初始化命令自动完成功能 3 #endif 365

366 #ifdef CONFIG_PREBOOT

367 if ((p = getenv (\"preboot\")) != NULL) { 368 # ifdef CONFIG_AUTOBOOT_KEYED

369 int prev = disable_ctrlc(1); /* disable Control C checking */// 关闭Crtl+C组合键 370 # endif 371

372 # ifndef CFG_HUSH_PARSER

373 run_command (p, 0); // 运行Boot参数 374 # else

375 parse_string_outer(p, FLAG_PARSE_SEMICOLON |FLAG_EXIT_FROM_LOOP); 377 # endif 378

379 # ifdef CONFIG_AUTOBOOT_KEYED 380 disable_ctrlc(prev); /* restore Control C checking */ // 恢复Ctrl+C组合键 381 # endif

382 }

383 #endif /* CONFIG_PREBOOT */

main.c main_loop() (3)动态版本号功能分析

程序第350～356行是动态版本号功能支持代码，version_string变量是在其他文件定义的 一个字符串变量，当用户改变U-Boot版本的时候会更新该变量。打开动态版本支持功能后，U-Boot在启动的时候会显示最新的版本号。程序第363行设置命令行自动完成功能，该功 能与Linux的shell类似，当用户输入一部分命令后，可以通过按下键盘上的Tab键补全命令 的剩余部分。main_loop()函数不同的功能使用宏开关控制不仅能提高代码模块化，更主要的是针对嵌入式系统Flash存储器大小设计的。

（4）在进入主循环之前，如果配置了启动延迟功能，需要等待用户从串口或者网络接口 输入。如果用户按下任意键打断，启动流程，会向终端打印出一个启动菜单。代码如下：

main.c main_loop() (4)启动延迟功能代码1

385 #if defined(CONFIG_BOOTDELAY) &&(CONFIG_BOOTDELAY >= 0) 386 s = getenv (\"bootdelay\");

387 bootdelay = s ? (int)simple_strtol(s, NULL, 10) :CONFIG_BOOTDELAY; // 启动延迟 388

3 debug (\"### main_loop entered:bootdelay=%d\\n\\n\390

391 # ifdef CONFIG_BOOT_RETRY_TIME

392 init_cmd_timeout (); // 初始化命令行超时机制 393 # endif /* CONFIG_BOOT_RETRY_TIME */ 394

395 #ifdef CONFIG_BOOTCOUNT_LIMIT

396 if (bootlimit && (bootcount > bootlimit)) { // 检查是否超出启动次数 397 printf (\"Warning: Bootlimit (%u) exceeded.Using altbootcmd.\\n\398 (unsigned)bootlimit);

399 s = getenv (\"altbootcmd\"); 400 } 401 else

402 #endif /* CONFIG_BOOTCOUNT_LIMIT */

403 s = getenv (\"bootcmd\"); // 获取启动命令参数 404

405 debug (\"### main_loop: bootcmd=\\\"%s\\\"\\n\406

407 if (bootdelay >= 0 && s && !abortboot(bootdelay)) { //检查是否支持启动延迟功能 408 # ifdef CONFIG_AUTOBOOT_KEYED

409 int prev = disable_ctrlc(1); /* disable Control C checking */// 关闭Ctrl+C组合键 410 # endif 411

412 # ifndef CFG_HUSH_PARSER

413 run_command (s, 0); // 运行启动命令行 414 # else

415 parse_string_outer(s, FLAG_PARSE_SEMICOLON| FLAG_EXIT_FROM_LOOP); 417 # endif 418

419 # ifdef CONFIG_AUTOBOOT_KEYED

420 disable_ctrlc(prev); /* restore Control C checking */// 打开Ctrl+C组合键 421 # endif 422 } 423

424 # ifdef CONFIG_MENUKEY

425 if (menukey == CONFIG_MENUKEY){ // 检查是否支持菜单键 426 s = getenv(\"menucmd\"); 427 if (s) {

428 # ifndef CFG_HUSH_PARSER 429 run_command (s, 0); 430 # else

431 parse_string_outer(s, FLAG_PARSE_SEMICOLON| FLAG_EXIT_FROM_LOOP); 432

433 # endif 434 } 435 }

436 #endif /* CONFIG_MENUKEY */ 437 #endif /* CONFIG_BOOTDELAY */ 438

439 #ifdef CONFIG_AMIGAONEG3SE 440 {

441 extern void video_banner(void); 442 video_banner(); // 打印启动图标 443 }

444 #endif

main.c main_loop() (5)读取命令行

（5）在各功能设置完毕后，程序第4行进入一个for死循环，该循环不断使用readline() 函数（第463行）从控制台（一般是串口）读取用户的输入，然后解析。有关如何解析命令请参考U-Boot代码中run_command()函数的定义……….good luck 代码如下：

main.c main_loop() (5)读取命令行代码1 446 /*

447 * Main Loop for Monitor Command Processing 448 */

449 #ifdef CFG_HUSH_PARSER 450 parse_file_outer();

451 /* This point is never reached */ 452 for (;;);

453 #else

4 for (;;) { // 进入命令行循环

455 #ifdef CONFIG_BOOT_RETRY_TIME 456 if (rc >= 0) {

457 /* Saw enough of a valid command to 458 * restart the timeout. 459 */

460 reset_cmd_timeout();// 设置命令行超时 461 }

462 #endif

463 len = readline (CFG_PROMPT); // 读取命令 4

465 flag = 0; /* assume no special flags for now */ 466 if (len > 0)

467 strcpy (lastcommand, console_buffer); 468 else if (len == 0)

469 flag |= CMD_FLAG_REPEAT;

470 #ifdef CONFIG_BOOT_RETRY_TIME 471 else if (len == -2) {

472 /* -2 means timed out, retry autoboot 473 */

474 puts (\"\\nTimed out waiting for command\\n\"); 475 # ifdef CONFIG_RESET_TO_RETRY

476 /* Reinit board to run initialization code again */

477 do_reset (NULL, 0, 0, NULL); 478 # else

479 return; /* retry autoboot */ 480 # endif 481 }

482 #endif 483

484 if (len == -1)

485 puts (\"\\n\"); 486 else

487 rc = run_command (lastcommand, flag); // 运行命令 488

4 if (rc <= 0) {

490 /* invalid command or not repeatable, forget it*/ 491 lastcommand[0] = 0; 492 } 493 }

494 #endif /*CFG_HUSH_PARSER*/ 495 }

如何移植U-Boot到开发板

U-Boot虽然支持众多处理器和开发板，但是嵌入式系统的硬件是千差万别的，在使用U-Boot的时候，仍然需要针对自己的开发板做适当的修改。

幸好U-Boot是一个结构设计合理的软件，在移植过程中严格按照U-Boot的工程结构移植很容易就能取得成功。

本节将介绍如何移植U-Boot程序到ARM开发板。

U-Boot移植的一般步骤

从对U-Boot代码的分析可以看出， U-Boot移植工作主要分成处理器相关部分和开发板相关部分。

由于U-Boot已经支持目前绝大多数处理器，因此处理器移植的工作相对较少，主要是修改一些配置。

对于开发板部分的移植，需要参考硬件线路的外围器件的手册。U-Boot移植大致可以分为下面的步骤：

1．检查U-Boot工程是否支持目标平台

主要检查U-Boot根目录下的Readme文件是否提到目标平台处理器，cpu目录下是否有目标 平台的处理器目录，以及board目录下是否有目标平台类似的工程。

如果U-Boot已经编写了与目标平台类似的工程文件，移植工作会大大减轻。 2．分析目标平台类似工程目录结构

如果U-Boot有与目标平台类似的工程，需要分析一下目标板工程目录的结构。

不同的目标板可能差别很大，分析工程目录中有哪些文件可以被新的目标开发板利用。 3．分析目标平台代码

目标平台代码分析可以按照前面介绍的UBoot启动流程分析，看哪些代码是额外的，是否需要去掉额外的代码。

4．建立新的开发板平台目录

在board目录下建立新的开发板平台目录，目录下的文件可以从现有类似的开发板平台目 录下复制得到。

5．对照手册修改平台差异部分代码

对照硬件手册，按照U-Boot启动流程修改现有代码与新平台有差异的部分。 6．调试新代码

新修改的代码很可能启动不了，需要通过JTag调试器跟踪调试。找出原因修改后再调 试，直到正确启动。

结合自己的目标板情况来分析以上分析的6个步骤并非必须严格遵守，这里仅是提供一个一般的思路，读者在移植的时候需要结合自己的目标板情况来分析。

移植U-Boot到目标开发板

移植U-Boot到新的目标平台会有许多问题。 为了减少出错和工作量，在建立一个新的目标平台的时候可以直接复制现有类似平台的代码目录，然后在现有基础上修改。

如移植到wtk2410开发板，可以按照下面的步骤操作： 1．建立新目标板工程目录

在board目录下建立一个wtk2410目录，现有的smdk2410目录是类似的平台，可以复制smdk2410目录下的所有文件到wtk2410目录。 2．向配置文件加入新开发板配置(1)

在U-Boot代码根目录下，修改Makefile文件。在1432行插入一行，写入以下配置： 1432 wtk2410_config : unconfig

1433 @$(MKCONFIG) $(@:_config=) arm arm920t wtk2410 NULL s3c24x0 （具体看Makefile原文件）

新增代码的作用是告诉U-Boot，wtk2410开发板用到了arm目录、arm920t目录、wtk2410目录以及s3c24x0目录下的文件。

在编译的时候，U-Boot会从这些目录中寻找Makefile并且编译。

保存Makefile文件退出，在include/configs目录下，复制smdk2410.h到wtk2410.h，该操作是防止编译wtk2410开发板的时候出错 3．预编译新开发板的代码1

到目前为止可以先编译一下新开发板的代码， 目的是为了验证工程文件配置是否正确。在 U-Boot目录下执行： $ make wtk2410_config

Configuring for wtk2410 board... $ make

预编译新开发板的代码2

“make wtk2410_config”会生成wtk2410开发板配置，然后执行make开始编译。 编译后生成目标文件u-boot，该文件可以下载到目标板执行。 如果编译成功，说明新建立的目标板工程目录是可以使用的。 4．修改目标板配置(2)

用户需要根据目标板的配置情况修改，在本例中需要修改Flash存储器大小，其他使用默 认值。在board/wtk2410目录下，需要修改config.mk文件中TEXT_BASE宏的值为0x32000000，该值是wtk2410开发板加载Bootloader的地址。 5．编译新的配置并且下载执行

回到U-Boot代码根目录，重新执行make编译生成u-boot目标文件，然后通过Flash烧写工 具烧写到wtk2410开发板的NAND Flash存储器，然后上电启动。