深入理解 RK3506 U-Boot 重定位：从代码到原理

在嵌入式系统中，U-Boot作为引导加载程序，其启动流程的核心环节之一就是重定位（Relocation）。对于RK3506这类基于ARM Cortex-A架构的芯片，重定位的本质是将U-Boot代码从初始加载地址（通常是片内ROM或Flash）复制到运行效率更高的片外RAM，再切换执行环境到RAM中运行。

本文将结合U-Boot源码中ARM Cortex核心的启动代码，拆解RK3506平台U-Boot重定位的实现逻辑、关键步骤与底层原理。

路径：u-boot/arch/arm/cpu/armv7/start.S

一、重定位的核心目的：为何需要“搬家”？

RK3506的U-Boot启动初期，代码通常从片内BootROM或SPI Flash加载到片内SRAM（小容量高速内存）执行。但SRAM容量有限（通常仅几十KB），无法容纳完整的U-Boot镜像（包含驱动、命令、文件系统等模块），也无法满足后续加载Linux内核的需求。

重定位的核心目标：

1.释放存储空间：将U-Boot完整镜像从Flash/SRAM迁移到大容量片外DDR内存；

2.提升执行效率：DDR内存带宽更高、容量更大，支持U-Boot运行复杂逻辑（如设备初始化、内核加载）；

3.预留内存空间：为Linux内核、设备树等后续加载的镜像预留连续内存区域。

二、重定位的前提：启动初期的关键初始化

在执行重定位前，U-Boot必须完成一系列底层初始化，为“搬家”做好准备。结合本文提供的ARM Cortex启动代码，这些准备工作主要集中在reset入口函数中：

1.模式与中断初始化

reset:  b  save_boot_paramssave_boot_params_ret:  /* 切换到 SVC32 模式，禁用 FIQ/IRQ */  mrs r0, cpsr  and r1, r0,#0x1f    @ 掩码模式位  teq r1,#0x1a       @ 检查是否为 HYP 模式  bicne r0, r0,#0x1f    @ 清除模式位  orrne r0, r0,#0x13    @ 设置为 SVC 模式（管理模式）  orr r0, r0,#0xc0     @ 禁用 FIQ (0x80) 和 IRQ (0x40)  msr cpsr, r0

•切换到ARM特权模式（SVC32）：确保U-Boot拥有访问系统寄存器、修改内存配置的权限；

•禁用中断：避免初始化过程中被外部中断打断，导致系统异常。

2.向量表初始化

/* 设置 VBAR 寄存器，指向 U-Boot 向量表 */ldr r0, =_startmcr p15,0, r0, c12, c0,0 @ 写入VBAR（向量表基地址寄存器）

•ARMv7架构通过VBAR寄存器指定异常向量表地址；

•重定位前，向量表位于初始加载地址（如SRAM），后续重定位后需确保向量表地址同步更新（由链接脚本配合处理）。

3.缓存与MMU初始化（cpu_init_cp15）

重定位前需禁用MMU（内存管理单元）和缓存，避免地址映射干扰内存复制：

ENTRY(cpu_init_cp15) /* invalidate L1 I/D 缓存、TLB */  mov r0,#0  mcr p15,0, r0, c8, c7,0 @ invalidate TLBs  mcr p15,0, r0, c7, c5,0 @ invalidate I-cache /* 禁用 MMU、缓存相关配置 */  mrc p15,0, r0, c1, c0,0  bic r0, r0,#0x00002000  @ 清除 V 位（向量表地址偏移）  bic r0, r0,#0x00000007  @ 清除 CAM 位（缓存相关）  orr r0, r0,#0x00000800  @ 启用 BTB（分支预测）#ifdef CONFIG_SYS_ICACHE_OFF  bic r0, r0,#0x00001000  @ 禁用 I-cache#else  orr r0, r0,#0x00001000  @ 启用 I-cache（重定位后生效）#endif  mcr p15,0, r0, c1, c0,0

•初始化CP15寄存器（ARM系统控制寄存器），清空缓存和TLB（地址转换缓存）；

•禁用MMU：此时CPU访问的是物理地址，确保内存复制过程中地址无映射偏差；

•按需启用I-cache（指令缓存）：重定位后代码在DDR中运行时，缓存可提升执行效率。

4.板级底层初始化（cpu_init_crit）

ENTRY(cpu_init_crit) b lowlevel_init    @ 跳转到板级初始化ENDPROC(cpu_init_crit)

•lowlevel_init是RK3506平台的板级初始化函数（由瑞芯微适配）；

•核心任务：初始化DDR内存控制器、配置PLL时钟（提升DDR带宽）、初始化SPI Flash等外设；

•关键：只有完成DDR初始化，U-Boot才能将自身复制到DDR中，这是重定位的硬件基础。

三、重定位的核心实现：_main函数的“搬家”逻辑

当底层初始化（尤其是DDR初始化）完成后，代码通过bl _main跳转到U-Boot核心初始化流程，重定位的核心逻辑就在_main函数中（位于common/main.c）。

结合RK3506的平台特性，_main函数中重定位的关键步骤如下：

1.确定重定位地址（链接脚本定义）

U-Boot的重定位目标地址由链接脚本（如arch/arm/cpu/armv7/rk3506/u-boot.lds）定义，核心符号：

•_start：U-Boot初始加载地址（SRAM或Flash地址）；

•__image_copy_start：镜像复制起始地址（初始加载地址的代码段起始）；

•__image_copy_end：镜像复制结束地址；

•__bss_start/__bss_end：BSS段起始/结束地址（重定位后需清零）；

•CONFIG_SYS_TEXT_BASE：重定位目标地址（RK3506通常配置为DDR起始地址，如0x80000000）。

2.内存复制：从初始地址到DDR

重定位的核心操作是逐字节复制U-Boot镜像到DDR目标地址，代码逻辑简化如下：

// 简化自 common/main.cvoid_main(void) { // 1. 获取链接脚本定义的地址符号 externulong__image_copy_start, __image_copy_end; externulong__bss_start, __bss_end; ulongdst = CONFIG_SYS_TEXT_BASE; // 重定位目标地址（DDR） ulongsrc = (ulong)&__image_copy_start; // 源地址（SRAM/Flash） // 2. 只有当源地址 != 目标地址时，才需要复制（避免自身覆盖） if(src != dst) {    memcpy((void*)dst, (void*)src, &__image_copy_end - &__image_copy_start);  } // 3. 清零 BSS 段（未初始化全局变量）  memset((void*)&__bss_start,0, &__bss_end - &__bss_start); // 4. 跳转到 DDR 中的 U-Boot 继续执行  board_init_f_r_trampoline(dst);}

•复制范围：从__image_copy_start到__image_copy_end，包含代码段（.text）、数据段（.data）等已初始化部分；

•避免自身覆盖：若源地址与目标地址重叠（如部分SRAM与DDR地址重叠），U-Boot会先复制不重叠部分，再处理重叠区域，防止复制过程中覆盖未复制的代码；

•BSS段清零：BSS段存储未初始化全局变量，C语言标准要求其初始值为0，因此重定位后需手动清零。

3.跳转至DDR执行：地址切换

复制完成后，通过board_init_f_r_trampoline函数跳转到DDR中的U-Boot代码继续执行。此时CPU执行的指令已从DDR读取，重定位完成。

4.栈指针更新

重定位后，栈指针（SP）也需更新到DDR中的安全地址（避免使用SRAM栈导致溢出），由board_init_f函数初始化：

// 简化自 common/board_f.cvoidboard_init_f(ulongboot_flags){ ulongsp = CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR; // DDR 中的栈地址  sp -=sizeof(structglobal_data); // 预留全局数据结构空间  gd = (structglobal_data *)sp;  memset(gd,0,sizeof(structglobal_data)); // 初始化栈指针 asmvolatile("mov sp, %0": :"r"(sp) : "memory"); // 后续初始化：设备树加载、命令初始化、内核引导等}

•CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR：RK3506配置为DDR中的一段连续地址，确保栈空间足够；

•global_data：U-Boot全局数据结构，存储系统状态（如内存布局、设备信息），重定位后需在DDR中重新初始化。

四、重定位后的关键处理

1.向量表同步更新

重定位后，向量表地址需同步更新到DDR中的新地址，避免异常处理时跳转到旧地址（SRAM/Flash）。由于之前已通过VBAR寄存器设置向量表基地址为_start，而_start在重定位后指向DDR地址，因此无需额外修改（链接脚本确保_start对应DDR目标地址）。

2.缓存重新配置

重定位完成后，U-Boot会重新启用I-cache/D-cache（若配置），提升执行效率。此时MMU仍处于禁用状态（直到Linux内核启动时启用），CPU直接访问DDR物理地址。

3.避免重定位后的地址错误

•所有全局变量、函数指针均使用位置无关代码（PIC）编译，确保重定位后地址正确映射；

•链接脚本通过TEXT_BASE强制指定目标地址，确保复制后的镜像在DDR中地址对齐。

五、RK3506重定位的特殊注意事项

1.DDR初始化优先级：RK3506的DDR控制器初始化是重定位的前提，需通过lowlevel_init配置DDR时序、电压，确保DDR稳定工作；

2.Flash访问兼容性：若初始加载地址为SPI Flash（如0x10000000），复制时需通过RK3506的SPI控制器驱动读取Flash数据，再写入DDR；

3.内存布局优化：RK3506的DDR起始地址通常为0x80000000，U-Boot重定位后，会在DDR中预留后续加载Linux内核（如0x80200000）和设备树（如0x80100000）的空间，避免地址冲突。

六、总结：重定位的完整流程

RK3506 U-Boot重定位的核心是“初始化硬件→复制镜像→切换执行环境”，完整流程可概括为：

1.复位入口（reset）：切换SVC模式、禁用中断、初始化向量表；

2.底层初始化：初始化CP15寄存器（缓存/ MMU）、板级硬件（DDR/PLL）；

3.确定地址：通过链接脚本获取源地址、目标地址（DDR）；

4.镜像复制：memcpy复制代码段/数据段到DDR，清零BSS段；

5.切换执行：更新栈指针，跳转到DDR中的U-Boot继续执行；

6.后续初始化：加载设备树、初始化外设、引导Linux内核。

重定位是U-Boot从“小容量初始环境”到“大容量运行环境”的关键一步，理解其原理不仅能帮助排查启动故障（如DDR初始化失败导致重定位失败），也能为定制化U-Boot（如调整内存布局、优化启动速度）提供基础。

对于RK3506开发者，建议结合链接脚本和lowlevel_init代码，重点关注CONFIG_SYS_TEXT_BASE和DDR初始化参数，确保重定位地址与硬件配置一致。

审核编辑 黄宇