基于ARM9 2410之上uboot移植全过程解析

uboot 移植全过程---基于ARM9 2410

uboot@localhost ~]#mkdir -p dev_home/uboot 

[uboot@localhost ~]#cd dev_home/uboot 

从下面地址下载u-boot 的源代码。  

[uboot@localhost uboot]#tar -xjvf u-boot-1.1.4.tar.bz2 

[uboot@localhost uboot]#cd u-boot-1.1.4 

1.3 u-boot 体系结构 

1.3.1 u-boot 目录结构 

1. 目录树 

[uboot@localhost u-boot-1.1.4]#tree -L 1 -d 
. 
|-- board 

|-- common 

|-- cpu 

|-- disk 

|-- doc 

|-- drivers 

|-- dtt 

|-- examples 

|-- fs 

|-- include 

|-- lib_arm 

|-- lib_generic 

|-- lib_i386 

|-- lib_m68k 

|-- lib_microblaze 

|-- lib_mips 

|-- lib_nios 

|-- lib_nios2 

|-- lib_ppc 

|-- net 

|-- post 

|-- rtc 

`-- tools 
2. board：和一些已有开发板有关的文件. 每一个开发板都以一个子目录出现在当前目录中，比如说:SMDK2410, 子目录中存放与开发板相关的配置文件. 
3. common：实现u-boot 命令行下支持的命令，每一条命令都对应一个文件。例如bootm 命令对应就是 cmd_bootm.c 。 
4. cpu：与特定CPU 架构相关目录，每一款U-boot 下支持的CPU 在该目录下对应一个子目录，比如有子目录 arm920t 等。 
5. disk：对磁盘的支持。 
5. doc：文档目录。U-boot 有非常完善的文档，推荐大家参考阅读。 
6. drivers：U-boot 支持的设备驱动程序都放在该目录，比如各种网卡、支持CFI 的Flash 、串口和USB 等。 
7. fs: 支持的文件系统，U-boot 现在支持cramfs 、fat 、fdos 、jffs2 和registerfs 。 
8. include：U-boot 使用的头文件，还有对各种硬件平台支持的汇编文件，系统的配置文件和对文件系统支持的文件。该目录下configs  目录有与开发板相关的配置头文件，如smdk2410.h 。该目录下的asm  目录有与CPU 体 
系结构相关的头文件，asm 对应的是asm-arm. 
9. lib_xxxx: 与体系结构相关的库文件。如与ARM 相关的库放在lib_arm 中。 
10. net：与网络协议栈相关的代码，BOOTP 协议、TFTP 协议、RARP 协议和NFS 文件系统的实现。 
11. tools：生成U-boot 的工具，如：mkimage, crc 等等。 

2 uboot 的启动过程及工作原理 

2.1 启动模式介绍 

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

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

  下载 （Downloading）模式：在这种模式下，目标机上的 Boot Loader 将通过串口连接或网络连接等通信手 段从主机 （Host）下载文件，比如：下载内核映像和根文件系统映像等。从主机下载的文件通常首先被 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 oader 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  接口。 

   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 

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。

2.2 阶段1 介绍 
u-boot 的stage1 代码通常放在start.s 文件中，它用汇编语言写成，其主要代码部分如下： 

2.2.1 定义入口 
由于一个可执行的Image 必须有一个入口点，并且只能有一个全局入口，通常这个入口放在ROM(Flash)的0x0 

地址，因此，必须通知编译器以使其知道这个入口，该工作可通过修改连接器脚本来完成。 
    1. board/crane2410/u-boot.lds:  ENTRY(_start) ==> cpu/arm920t/start.S: .globl _start 

     2. uboot 代码区 （TEXT_BASE = 0x33F80000）定义在board/crane2410/config.mk 

2.2.2 设置异常向量 

_start: b       reset                          @ 0x00000000 

        ldr     pc, _undefined_instruction     @ 0x00000004 

        ldr     pc, _software_interrupt        @ 0x00000008 

        ldr     pc, _prefetch_abort            @ 0x0000000c 

        ldr     pc, _data_abort                @ 0x00000010 

        ldr     pc, _not_used                  @ 0x00000014 

        ldr     pc, _irq                       @ 0x00000018 

        ldr     pc, _fiq                       @ 0x0000001c 


      当发生异常时，执   cpu/arm920t/interrupts.c 中定义的中断处理函数。 

2.2.3 设置 CPU 的模式为SVC模式 
        mrs     r0,cpsr 

        bic     r0,r0,#0x1f 

        orr     r0,r0,#0xd3 

        msr     cpsr,r0 

2.2.4 关闭看门狗 

#if defined(CONFIG_S3C2400) || defined(CONFIG_S3C2410) 

        ldr     r0, =pWTCON 

        mov     r1, #0x0     @ 根据三星手册进行调置。 

        str     r1, [r0] 

2.2.5 禁掉所有中断 
        mov     r1, #0xffffffff 

        ldr     r0, =INTMSK 

        str     r1, [r0] 

# if defined(CONFIG_S3C2410) 

        ldr     r1, =0x3ff 

        ldr     r0, =INTSUBMSK 

        str     r1, [r0] 

.2.6 设置以 CPU 的频率 
默认频率为 FCLK:HCLK:PCLK = 1:2:4，默认FCLK的值为120 MHz，该值为S3C2410手册的推荐值。 

        ldr     r0, =CLKDIVN 

        mov     r1, #3 

        str     r1, [r0] 

2.2.7 设置 CP15 

设置CP15, 失效指令(I)Cache 和数据(D)Cache 后, 禁止MMU 与Cache 。 

cpu_init_crit: 

        mov     r0, #0 

        mcr     p15, 0, r0, c7, c7, 0   /* 失效I/D cache, 见S3C2410手册附录的2-16 */ 

        mcr     p15, 0, r0, c8, c7, 0   /* 失效TLB, 见S3C2410手册附录的2-18 */ 

/* 

         * 禁止 MMU 和caches, 详见S3C2410手册附录2-11 

         */ 

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

        bic     r0, r0, #0x00002300     /* 清除 bits 13, 9:8 (--V- --RS) 

                                 * Bit 8: Disable System Protection 

                                 * Bit 7: Disable ROM Protection 

                                 * Bit 13: 异常向量表基地址: 0x0000 0000 

                                 */ 

        bic     r0, r0, #0x00000087     /* 清除 bits 7, 2:0 (B--- -CAM) 

                                 * Bit 0: MMU disabled 

                                 * Bit 1: Alignment Fault checking disabled 

                                 * Bit 2: Data cache disabled 

                                 * Bit 7: 0 = Little-endian operation 
                                 */ 

        orr     r0, r0, #0x00000002      /* set bit 2 (A) Align, 1 = Fault checking enabled */ 

        orr     r0, r0, #0x00001000     /* set bit 12 (I) I-Cache, 1 = Instruction cache enabled  

*/ 

        mcr     p15, 0, r0, c1, c0, 0 

2.2.8 配置内存区控制寄存器 
配置内存区控制寄存器，寄存器的具体值通常由开发板厂商或硬件工程师提供. 如果您对总线周期及外围 

芯片非常熟悉, 也可以自己确定, 在U-BOOT 中的设置文件是board/crane2410/lowlevel_init.S, 该文件包含 

lowleve_init 程序段. 详细寄存器设置及值的解释见3.2.2 启动AXD 配置开发板一节中的第5 点. 

      mov     ip, lr 

        bl      lowlevel_init 

        mov     lr, ip 

2.2.9 安装 U-BOOT使的栈空间 

    下面这段代码只对不是从Nand Flash 启动的代码段有意义，对从Nand Flash 启动的代码，没有意义。因为 

从Nand Flash 中把UBOOT 执行代码搬移到RAM,由2.1.9 中代码完成. 

#ifndef CONFIG_SKIP_RELOCATE_UBOOT 

... 

#endif 

stack_setup: 

       ldr     r0, _TEXT_BASE              /* 代码段的起始地址    */ 

       sub     r0, r0, #CFG_MALLOC_LEN     /* 分配的动态内存区    */ 

       sub     r0, r0, #CFG_GBL_DATA_SIZE   /* UBOOT开发板全局数据存放  */ 

#ifdef CONFIG_USE_IRQ 

       /* 分配IRQ和FIQ栈空间 */ 

       sub     r0, r0, #(CONFIG_STACKSIZE_IRQ+CONFIG_STACKSIZE_FIQ) 

#endif 

       sub     sp, r0, #12                 /* 留下3个字为Abort    */ 

2.2.10 BSS段清 0 

clear_bss: 

       ldr     r0, _bss_start       /* BSS段的起始地址   */ 

       ldr     r1, _bss_end         /* BSS段的结束地址   */ 

       mov     r2, #0x00000000             /* BSS段置0                   */ 

clbss_l:str    r2, [r0]             /* 循环清除BSS段 */ 

       add     r0, r0, #4 

       cmp     r0, r1 

       ble     clbss_l 

2.2.11 搬移 Nand Flash代码 

从Nand Flash 中, 把数据拷贝到RAM, 是由copy_myself 程序段完成, 该程序段详细解释见:第七部分的3.1 节. 

#ifdef CONFIG_S3C2410_NAND_BOOT 

       bl    copy_myself 
      @ jump to ram 

       ldr   r1, =on_the_ram 

       add  pc, r1, #0 

       nop 

       nop 

1:    b     1b          @ infinite loop 
on_the_ram: 

#endif 

2.2.12 进入 C代码部分 


        ldr     pc, _start_armboot 

        _start_armboot: .word start_armboot 


2.3 阶段2 的C 语言代码部分　 

lib_arm/board.c 中的start armboot 是C 语言开始的函数，也是整个启动代码中C 语言的主函数，同时还是整个 

u-boot(armboot）的主函数，该函数主要完成如下操作： 

2.3.1调用一系列的初始化函数 

1. 指定初始函数表： 

init_fnc_t *init_sequence[] = { 

       cpu_init,             /* cpu的基本设置          */ 

       board_init,           /* 开发板的基本初始化     */ 

       interrupt_init,       /* 初始化中断             */ 

       env_init,             /* 初始化环境变量         */ 

       init_baudrate,        /* 初始化波特率           */ 

       serial_init,          /* 串口通讯初始化         */ 

       console_init_f,       /* 控制台初始化第一阶段   */ 

       display_banner,       /* 通知代码已经运行到该处 */ 

       dram_init,            /* 配制可用的内存区       */ 

       display_dram_config, 

#if defined(CONFIG_VCMA9) || defined (CONFIG_CMC_PU2) 

       checkboard, 

#endif 

       NULL, 

}; 

执行初始化函数的代码如下： 

       for (init_fnc_ptr = init_sequence; *init_fnc_ptr; ++init_fnc_ptr) { 

               if ((*init_fnc_ptr)() != 0) { 

                      hang (); 

               } 

       } 



2. 配置可用的Flash 区 

   flash_init ()    
    
3. 初始化内存分配函数 

   mem_malloc_init()   

4. nand flash 初始化 

 #if (CONFIG_COMMANDS & CFG_CMD_NAND) 

          puts ("NAND:"); 

          nand_init();              /* 初始化 NAND */ 

见第七部分3.2.3 节中的第3 点nand_init()函数. 

5. 初始化环境变量  

  env_relocate (); 

6. 外围设备初始化 

   devices_init() 

7. I2C 总线初始化 

  i2c_init(); 

8. LCD 初始化 

  drv_lcd_init(); 

9. VIDEO 初始化 

  drv_video_init(); 

10. 键盘初始化 

  drv_keyboard_init(); 

11. 系统初始化 

  drv_system_init(); 

2.3.2 初始化网络设备 

初始化相关网络设备，填写IP 、MAC 地址等。 

1. 设置IP 地址 

        /* IP Address */ 

        gd->bd->bi_ip_addr = getenv_IPaddr ("ipaddr"); 

        /* MAC Address */ 

        { 

                int i; 

                ulong reg; 

                char *s, *e; 

                uchar tmp[64]; 



                i = getenv_r ("ethaddr", tmp, sizeof (tmp)); 

                s = (i > 0) ? tmp : NULL; 



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

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

                        if (s) 

                                s = (*e) ? e + 1 : e; 

                } 

        } 



2.3.3 进入主 UBOOT命令 

进入命令循环 （即整个boot 的工作循环），接受用户从串口输入的命令，然后进行相应的工作。 

        for (;;) { 

                main_loop (); /* 在common/main.c */ 

        } 


2.4 代码搬运 

为了支持NAND flash 起动，S3C2410 内建了内部的4k 的SRAM 缓存 “Steppingstone” 。当起动时，NAND 

flash 最初的4k 字节将被读入”Steppingstone”然后开始执  起动代码。通常起动代码会把NAND flash 中的内容 

拷到SDRAM 中以便执行主代码。 

使用硬件的ECC, NAND flash 中的数据的有效性将会得到检测。 

功能 

    1. NAND flash 模式：支持读/删除/编程 NAND Flash 

    2.  自动起动模式：在复位时起动代码将被读入”Steppingstone”中，然后开始执  起动代码。 

    3. 硬件ECC 检测模块（硬件检测，软件纠正） 

    4. “Steppingstone” 4-KB 内部SRAM 在起动后可以另外使用。 

3 uboot 的移植过程 

3.1 环境 

  1. 工作用户 

    uboot 

  2. u-boot 版本 1.1.4 

    获取u-boot1.1.4请看 1.2 

  3. 工具链2.95.3 

3.2 步骤 

我们为开发板取名叫: crane2410, 并在u-boot 中建立自己的开发板类型 

3.2.1 修改 Makefile 

[uboot@localhost uboot]#vi Makefile 

#为crane2410 建立编译项 

crane2410_config : unconfig 

   @./mkconfig $(@:_config=) arm arm920t crane2410 NULL s3c24x0 

各项的意思如下: 

    arm:      CPU 的架构(ARCH) 

    arm920t:  CPU 的类型(CPU) ，其对应于cpu/arm920t 子目录。 

    crane2410: 开发板的型号(BOARD) ，对应于board/crane2410  目录。 

    NULL:     开发者/或经销商(vender) 。 

    s3c24x0:  片上系统(SOC) 。