U-Boot与Linux驱动：启动过程简明教程

一.u-boot目录介绍

主要在这三个文件夹做修改。

boards.cfg ：存放着开发板的一些信息

config.mk ： 是一个 Makefile 文件，将来在某个 Makefile 中会去调用它

COPYING：版权申声明

CREDITS：记录对u-boot有贡献的人

MAINTAINERS：记录当前在参与维护u-boot源码的社区工作者

MAKEALL ：一个脚本文件，帮助编译u-boot

Makefile ：负责u-boot的编译

mkconfig ：负责u-boot的配置，一个shell脚本

README：u-boot使用说明书

rules.mk：u-boot中Makefile使用的规则

二.u-boot启动流程分析

1.u-boot启动流程

1)汇编阶段：

设置CPU为SVC模式

关闭中断、MMU、看门狗、Cache

部分硬件初始化（时钟、串口、DRAM）

uboot自搬运到DDR(14K引导)

设置好栈区（准备运行C语言）

2)C语言阶段：

大部分硬件初始化

搬运Linux内核或者进入交互模式

运行LInux内核

2.uboot代码分析

u-boot 程序入口在 arch/arm/cpu/armv7/start.S 文件下 。并且读取的第一条指令在_start标号所指向的程序。

1）异常向量表定义

arch/arm/cpu/armv7/start.S

异常：当硬件发生故障的时候CPU会强制PC指针指向对应的异常入口执行代码（异常入口一般为异常处理函数）

ARM处理器有七种异常：分别是复位，未定义指令异常，软件中断异常，预取指异常，数据中止，普通中断异常，快速中断异常

异常向量表只与CPU架构有关

2）设置SVC模式并禁止中断

：arch/arm/cpu/armv7/start.S

CPSR是ARM内核的程序状态寄存器，操作该寄存器可以设置ARM内核的状态。

注：此代码属于架构级别，只要SOC芯片是ARM内核，代码不需要改变

3）关闭MMU和Cache

arch/arm/cpu/armv7/start.S

所有 CPU 初始化工作都在 cpu_init_crit 这里 完成，该函数在第282行：

注： 以上代码用于让L1的I/D cache失效(I-cache用来存指令 D-cache用来存数据)以及关闭MMU和Cache。这部分代码一般也不需要修改的，属于架构级的。只要使用ARM内核都不用修改。

4）部分硬件初始化

arch/arm/cpu/armv7/start.S

lowlevel_init函数用户基本硬件初始化，该函数在board/samsung/tiny4412/lowlevel_init.S文件中。

通过分析lowlevel_init代码，我们可以得知在lowlevel_init代码中完成了以下功能：

1．设置栈指针

2．设置电源管理

3．LED等初始化并且点亮LED灯

4．判断OM引脚状态，得到启动方式

5．时钟初始化：system_clock_init

6．DDR初始化：mem_ctrl_asm_init

7．串口初始化：uart_asm_init

8．u-boot自搬移：load_uboot

注：以上大部分代码属于芯片级的，如果所使用的芯片相同，则也不需要修改！

5）uboot自搬运

load_uboot代码在在board/samsung/tiny4412/lowlevel_init.S文件中

CPU会根据前面读取的启动方式，到指定的启动设备复制u-boot到DDR内存中

6）设置好栈

当复制完成后，便执行

在after_copy代码中，有如下代码：

上面代码表示跳转到board_init_f去执行。而board_init_f是有C语言来写的。至此u-boot的汇编阶段便结束了。

7）大部分硬件初始化

在board_init_f函数（arch/arm/lib/board.c），有如下代码：

这是一个for循环，通过函数指针init_fnc_ptr去循环调用init_sequence指针数组中的函数。

init_sequence[] 数组中存放的是用户需要进行初始化各的种设备函数，即实现了大部分硬件初始化。 如果函数执行失败，则u-boot会死循环。这部分代码就需要根据具体的硬件开发平台来进行相应的增删改。

8）引导内核

在board_init_f中最后执行的是relocate_code函数。relocate_code函数最终又会调用board_init_r函数，board_init_r函数在arch/arm/lib/board.c文件中。，这部分代码不仅实现了引导加载内核，而且还实现了命令交互的功能。

注：这部分代码都是通用的。

reset:
设置SVC模式,
屏蔽中断
cpu_init_crit：
Invalidate L1 I/D
disable MMU stuff and caches
lowlevel_init：基本硬件初始化
设置sp
read_om:
led (GPM4_0~3) on     LED1_ON
system_clock_init
mem_ctrl_asm_init
uart_asm_init
load_uboot:
mmcsd_boot
movi_uboot_copy:
after_copy:
LED1_ON  LED2_ON
board_init_f:(arch/arm/lib/board.c)
/* 大部分硬件初始化 */
for (init_fnc_ptr = init_sequence; *init_fnc_ptr; ++init_fnc_ptr) {
if ((*init_fnc_ptr)() != 0) {
hang();
}
}
relocate_code(start.S)
board_init_r:(arch/arm/lib/board.c)
//要不搬运内核，要不交互模式
main_loop();

三.注意

因为针对SOC芯片的电路设计比较复杂，所以为了节省项目开发周期，很多公司做嵌入式Linux项目直接采购现成的开发板进行项目开发。那么在这个时候开发板厂商一般会有移植好的u-boot供我们使用。我们直接拿来用即可，不要进行u-boot移植。

当然，也有很多公司做项目时会自己设计电路板，一般情况下，都会参考该芯片厂商发布的demo板进行硬件设计。核心板设计不会做太多的改动，比如demo板中使用哪种型号的内存芯片，哪种型号的FLASH芯片，那么公司设计的开发板也会采取这种方案。但是底板就需要根据项目进行特定的电路设计。这个时候，芯片厂商同样会提供demo板的u-boot，我们需要在这个u-boot的基础上进行修改，大部分是对硬件初始化进行修改，比如网卡驱动，串口驱动等。

最后，同学们面临最多的情况是，当你进入某家公司时，该公司的项目板对应的u-boot已经被移植好了，所以同学们直接u-boot即可。

总结：大部分工程师进行u-boot移植工作的概率很低，所以，对u-boot移植现在只需要掌握u-boot启动流程以及基本思想即可。其次，切忌不要在u-boot上浪费太多时间，因此即使u-boot有多完善，在整个Linux项目开发仅仅起到引导加载内核的作用，项目的功能的多样性还得靠系统编程及网络应用。