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  • mini-uboot 启动过程简单分析

    单片机有最小系统，所谓最小系统，就是单片机能正常工作所需要的最少外设。对于Uboot来说，同样有个最小系统，因为Uboot最主要的功能就是引导内核。下面我们通过一个简单的Mini-Uboot来分析Uboot的启动加载过程。（只是分析过程，此Uboot具有引导内核功能）

    注：这个uboot 只是具有基本的内核引导功能，只是作为前期简单的学习使用，入门而已，并不是正常的uboot 启动流程

           具体uboot （u-boot-2013.01）启动过程移步Exynos4412 Uboot 移植（二）—— Uboot 启动流程分析

    下面是mini-uboot 的根目录树状图：

         我们拿到一个工程，想了解它的功能，最方便的就是读它的makefile。

    一、Makefile

    [cpp] view plain copy
     在CODE上查看代码片派生到我的代码片
    1. sinclude include/config.mk  
    2.   
    3. #ARCH=arm  
    4. #CPU=arm920t  
    5. #VENDOR=samsung  
    6. #SOC=s3c2410  
    7. #BOARD=smdk2410  
    8.   
    9. SRC_TREE:=$(shell pwd)  
    10. MKCONFIG=$(SRC_TREE)/mkconfig    
    11.   
    12. INCLUDE_PATH=include  
    13. DRIVER_PATH=driver  
    14. LIB_DIR=lib  
    15.   
    16.   
    17. CFLAG=-mabi=apcs-gnu -fno-builtin  -fno-builtin-function -g -O0 -c  -I$(INCLUDE_PATH) -I$(DRIVER_PATH) -o   
    18. LDFLAG=-Tcpu/arm/arm_cortexa8/map.lds  -o  
    19. OBJS= cpu/$(ARCH)/$(CPU)/start.o  
    20. OBJS+=lib_arm/board.o  
    21. OBJS+=board/$(VENDOR)/$(BOARD)/lowlevel_init.o  
    22. OBJS+=board/$(VENDOR)/$(BOARD)/mem_setup.o  
    23. OBJS+=board/$(VENDOR)/$(BOARD)/nand.o  
    24. OBJS+=driver/uart.o  
    25. OBJS+=lib/string.o  
    26. OBJS+=common/do_go.o  
    27. OBJS+=common/main.o  
    28.   
    29. ifeq ($(ARCH), arm)   
    30. CROSS_COMPILE=arm-cortex_a8-linux-gnueabi-  
    31. endif  
    32.   
    33. PROJ_NAME=mini_uboot  
    34.       
    35. all: $(OBJS)   
    36.     $(CROSS_COMPILE)ld $(OBJS) $(LDFLAG) $(PROJ_NAME).elf                
    37.     $(CROSS_COMPILE)objcopy -O binary $(PROJ_NAME).elf $(PROJ_NAME).bin   
    38.     $(CROSS_COMPILE)objdump -D $(PROJ_NAME).elf  > $(PROJ_NAME).dis  
    39.     cp *.bin /tftpboot  
    40.   
    41. %.o: %.S  
    42.     $(CROSS_COMPILE)gcc $(CFLAG) $@ $<       
    43. %.o: %.s  
    44.     $(CROSS_COMPILE)gcc $(CFLAG) $@ $<       
    45.   
    46. %.o: %.c  
    47.     $(CROSS_COMPILE)gcc $(CFLAG) $@ $<       
    48.   
    49. fsc100_config:          #    ARCH  CPU       VENDOR   BOARD  SOC  
    50.     $(MKCONFIG) $(@:_config=) arm arm_cortexa8 samsung fsc100 s5pc100  
    51.     #mkconfig  fsc100 arm arm_cortexa8 samsung fsc100 s5pc100  
    52.   
    53. smdk2410_config:            #    ARCH  CPU       VENDOR   BOARD  SOC  
    54.     $(MKCONFIG) $(@:_config=) arm arm920t samsung smdk2410 s3c2410  
    55.   
    56. clean:  
    57.     @rm -rf $(OBJS) *.bin *.elf config.mk  

    这里以2440为例，咱们来分析：

    [cpp] view plain copy
     在CODE上查看代码片派生到我的代码片
    1. #ARCH=arm  
    2. #CPU=arm920t  
    3. #VENDOR=samsung  
    4. #SOC=s3c2410  
    5. #BOARD=smdk2410  

    架构为arm，CPU为arm920t，生产商 samsung，片上系统sc2410，板子为smdk2410。

    [cpp] view plain copy
     在CODE上查看代码片派生到我的代码片
    1. OBJS= cpu/$(ARCH)/$(CPU)/start.o  
    2. OBJS+=lib_arm/board.o  
    3. OBJS+=board/$(VENDOR)/$(BOARD)/lowlevel_init.o  
    4. OBJS+=board/$(VENDOR)/$(BOARD)/mem_setup.o  
    5. OBJS+=board/$(VENDOR)/$(BOARD)/nand.o  
    6. OBJS+=driver/uart.o  
    7. OBJS+=lib/string.o  
    8. OBJS+=common/do_go.o  
    9. OBJS+=common/main.o  

    OBJS为依赖文件，生成的.o文件。

    [cpp] view plain copy
     在CODE上查看代码片派生到我的代码片
    1. ifeq ($(ARCH), arm)   
    2. CROSS_COMPILE=arm-cortex_a8-linux-gnueabi-  
    3. endif  

    根据相应的架构，制作相应的交叉编译工具。

    [cpp] view plain copy
     在CODE上查看代码片派生到我的代码片
    1. all: $(OBJS)   
    2.     $(CROSS_COMPILE)ld $(OBJS) $(LDFLAG) $(PROJ_NAME).elf                
    3.     $(CROSS_COMPILE)objcopy -O binary $(PROJ_NAME).elf $(PROJ_NAME).bin   
    4.     $(CROSS_COMPILE)objdump -D $(PROJ_NAME).elf  > $(PROJ_NAME).dis  

    第一步：连接 ；第二步：格式转换；第三步：反汇编 " >" 为重定向的意思；

    [cpp] view plain copy
     在CODE上查看代码片派生到我的代码片
    1. %.o: %.S  
    2.     $(CROSS_COMPILE)gcc $(CFLAG) $@ $<       
    3. %.o: %.s  
    4.     $(CROSS_COMPILE)gcc $(CFLAG) $@ $<       
    5.   
    6. %.o: %.c  
    7.     $(CROSS_COMPILE)gcc $(CFLAG) $@ $<       

    将所有的.S 文件、.s文件、.c文件编译成.o文件。

    注意：.S文件可以在编译过程接受参数，.s文件不可以。

    二、链接文件

    [cpp] view plain copy
     在CODE上查看代码片派生到我的代码片
    1. OUTPUT_FORMAT("elf32-littlearm", "elf32-littlearm", "elf32-littlearm")  
    2. /*OUTPUT_FORMAT("elf32-arm", "elf32-arm", "elf32-arm")*/  
    3. OUTPUT_ARCH(arm)  
    4. ENTRY(_start)  //指定入口地址  
    5. SECTIONS    //段信息  
    6. {  
    7.     /* . */   
    8.     . = 0x22000000; //elf文件的入口地址  
    9.     . = ALIGN(4);   //指定四字节对齐  
    10.     .text      :    //代码段  
    11.     {  
    12.         cpu/arm/arm_cortexa8/start.o(.text) //确保执行的第一段代码是start.o  
    13.         *(.text)        //所有代码段融合在一起  
    14.     }  
    15.     . = ALIGN(4);  
    16.     .rodata :   //只读数据段  
    17.     { *(.rodata) }  //所有数据段  
    18.     . = ALIGN(4);  
    19.     .data :     //数据段  
    20.     { *(.data) }  
    21.     . = ALIGN(4);  
    22.   
    23.     _start_bss = .; //bss段开始地址  
    24.     .bss :  
    25.      { *(.bss) }  
    26.     _end_bss = .;       //bss段结束地址，两者可确定bss段大小  
    27. }  


    三、start.s文件（Uboot执行的第一个文件）

    [cpp] view plain copy
     在CODE上查看代码片派生到我的代码片
      1. @ 汇编中的宏  
      2. .equ USER_MODE, 0x10    @define USER_MODE 0x10  
      3. .equ IRQ_MODE,  0x12  
      4. .equ SVC_MODE,  0x13  
      5. .equ MODE_MASK, 0x1f  
      6.   
      7. .section .text  
      8. .global _start  
      9.   
      10.     @ 不支持异常处理的，这里只写了复位异常处理  
      11. _start:  
      12. vector:  
      13.     b  reset_handler  
      14.     nop     @undef ......  
      15.     nop  
      16.     nop  
      17.     nop  
      18.     nop  
      19.     nop  
      20.     nop  
      21.   
      22. reset_handler:  
      23.     @step 1: svc close irq fiq      //第一步：将运行模式改成SVC模式    
      24.     mrs r0, cpsr            //修改cpsr模式位  
      25.     bic r0, r0, #0x1f  
      26.     orr r0, r0, #0xc0  @IRQ FIQ     //关闭IRQ FIQ  
      27.     msr cpsr_c, r0  
      28.   
      29.     @step 2: cache 关闭I CACHE D CACHE    //第二步：关闭cache，直接运行，不需缓存  
      30.     mrc p15, 0, r0, c12, c0, 0  
      31.     bic r0, #0x1000  
      32.     bic r0, #0x2  
      33.     mcr p15, 0, r0, c12, c0, 0  
      34.       
      35.     @step 3：                //第三步：调用电路板级初始化程序, system clock , dram, watchdog  
      36.     @bl low_level_init      //初始化时钟、dram、关闭看门狗  
      37.   
      38.     @step 4: sp-> 0x30000000     //第四步：设置栈指针，使其指向一个地址即可  
      39.     ldr sp, =0x2e000000  
      40.   
      41.     @step 5: mini_uboot.bin  > 16KB   bin < 16KB   
      42.     @step 5 代码自搬移  
      43.     @copy_miniuboot_rto_sdram 如果你的代码大于了16KB代码需要实现自我搬移  
      44.   
      45.     @step 6:                //第六步：清除BSS段，BSS段大小由链接文件里确定   
      46.     @STEP 6.1 , 清除 BSS段  
      47.     @  
      48. clear_bss:  
      49.     ldr r0, =_start_bss   @| BSS 起始地址  
      50.     ldr r1, =_end_bss     @| BSS 终止地址  
      51.     mov r2, #0  
      52. bss_loop:  
      53.     cmp r0, r1  
      54.     strne r2, [r0], #4  
      55.     bne bss_loop  
      56.   
      57.     @step  7, 进入C           //跳转到C程序入口  
      58.     b start_armboot  
      59. stop:  
      60.     b stop  
      61.   
      62.     .end  
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