MX51 uboot 启动流程分析 - stage1

uboot启动过程分为两个部分，一般来说，系统在执行uboot之前会执行一段固化的程序，这段固化的程序会做一些基本的初始化，然后读取uboot的第一部分到内部内存中，PC指针跳转到这个内存地址，执行uboot的第一部分。

uboot的第一部分要执行一些必要的硬件初始化，从我的理解至少包括外部ram的初始化，flash device的初始化，因为马上就要把第二段uboot从flash读入到外部ram中

有人可能会问，为什么不把uboot全部读入ram，然后从头开始执行，而是费了半天劲，读了两次uboot？

这是因为在读取第一部分uboot前，外部内存还不能使用，只能使用内部ram，从扩展性的角度，不能假定整个uboot可以装入内部ram。因此先装入一部分uboot，把外部ram初始化好，再把剩下的大部分uboot装到外部ram中执行。

uboot的第一阶段工作

１　硬件设备初始化

２　加载uboot的第二段代码到RAM空间

３　设置好栈

４　跳转到第二阶段的入口点

uboot的入口start.S

cpu/arm_cortexa8/start.S

36 .globl _start

37 _start: b reset

38 ldr pc, _undefined_instruction

39 ldr pc, _software_interrupt

40 ldr pc, _prefetch_abort

41 ldr pc, _data_abort

42 ldr pc, _not_used

43 ldr pc, _irq

44 ldr pc, _fiq

45

46 _undefined_instruction: .word undefined_instruction

47 _software_interrupt: .word software_interrupt

48 _prefetch_abort: .word prefetch_abort

49 _data_abort: .word data_abort

50 _not_used: .word not_used

51 _irq: .word irq

52 _fiq: .word fiq

53 _pad: .word 0x12345678 /* now 16*4=64 */

54 .global _end_vect

55 _end_vect:

行36 _start是GNU汇编器的默认入口标签，.globl将_start声明为外部程序可以访问的标签，.globl是GNU汇编的保留关键字，前面加点是GNU汇编的语法

b reset是uboot的第一条指令

38~44 ARM体系结构规定在上电复位的起始位置后，必须有８条连续的跳转指令，他们就是异常向量表。以后系统每当有异常出现，则CPU会根据异常号，从内存的0x00000000处开始查表做相应的处理

69 _TEXT_BASE:

70 .word TEXT_BASE

uboot镜像在SDRAM中的重定位地址，.word关键字是指定_TEXT_BASE中存放的是WORD尺寸的数据，TEXT_BASE在mx51中定义为0x97800000

至于TEXT_BASE为什么定义为0x97800000，这是board特定的。

首先mx51的外部ram起始地址空间是0x90000000，终结地址空间是0xb0000000总共512MB，而0x97800000指向的是120MB，一般来说板子都有128MB的SDRAM，所以把uboot的镜像copy到120MB的位置是可以正常工作的，当然我们也可以把config.mk中的-Text修改为更大的值，毕竟我们的SDRAM一般为256MB以上

72 .globl _armboot_start

73 _armboot_start:

74 .word _start

72定义_armboot_start为全局的，使得LD能够看到这个符号

74定义_armboot_start为_start

79 .globl _bss_start

80 _bss_start:

81 .word __bss_start

__bs_start是在u-boot.lds中定义的

103 reset:

104 /*

105 * set the cpu to SVC32 mode

106 */

107 mrs r0, cpsr

108 bic r0, r0, #0x1f

109 orr r0, r0, #0xd3

110 msr cpsr,r0

103 reset: 是复位后的起始地址，在CPU一上电以后就会跳到这里执行

136 #ifndef CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT

137 bl cpu_init_crit

138 #endif

执行CPU初始化，bl完成跳转后会把后面的一条指令地址保存到连接寄存器LR(R14)中，以便使得子程序执行完后正常返回

40 #ifndef CONFIG_SKIP_RELOCATE_UBOOT

141 relocate: @ relocate U-Boot to RAM

142 adr r0, _start @ r0 <- current position of code

143 ldr r1, _TEXT_BASE @ test if we run from flash or RAM

144 cmp r0, r1 @ don't reloc during debug

145 beq stack_setup

146

147 ldr r2, _armboot_start

148 ldr r3, _bss_start

149 sub r2, r3, r2 @ r2 <- size of armboot

150 add r2, r0, r2 @ r2 <- source end address

151

152 copy_loop: @ copy 32 bytes at a time

153 ldmia r0!, {r3 - r10} @ copy from source address [r0]

154 stmia r1!, {r3 - r10} @ copy to target address [r1]

155 cmp r0, r2 @ until source end addreee [r2]

156 ble copy_loop

157 #endif /* CONFIG_SKIP_RELOCATE_UBOOT */

141～157 此时外部内存已经初始化完毕，已经可以使用外部内存，需要重定位代码，即将uboot搬运到_TEXT_BASE位置处

142 ～145比较当前位置和_TEXT_BASE，如果相同则直接跳转到stack设置即可

149 armboot尺寸应该是数据段起始位置减去代码段起始位置，也就是_bss_start - _armboot_start

150 source结束地址是_start加armboot的尺寸，也就是_start + armboot_size

152 ~ 156 r0是源地址，r1是目标地址，把源地址的内容复制到目标地址，复制数目由r2定义

153 从源地址r0读取8个寄存器32 bytes到r3~r10

154 把r3~r10共8个寄存器32bytes拷贝到r1指向的内存地址

155～156 循环操作，直到armboot的尺寸

159 /* Set up the stack */

160 stack_setup:

161 ldr r0, _TEXT_BASE @ upper 128 KiB: relocated uboot

162 sub r0, r0, #CONFIG_SYS_MALLOC_LEN @ malloc area

163 sub r0, r0, #CONFIG_SYS_GBL_DATA_SIZE @ bdinfo

164 #ifdef CONFIG_USE_IRQ

165 sub r0, r0, #(CONFIG_STACKSIZE_IRQ + CONFIG_STACKSIZE_FIQ)

166 #endif

167 sub sp, r0, #12 @ leave 3 words for abort-stack

168 and sp, sp, #~7 @ 8 byte alinged for (ldr/str)d

162 将从_TEXT_BASE - CONFIG_SYS_MALLOC_LEN开始到_TEXT_BASE的内存空间预留给malloc

163 又在malloc区下面预留了CONFIG_SYS_GBL_DATA_SIZE的空间给global data

164 ~ 168 最下面的空间预留给了堆栈，看来uboot中堆栈是从低地址向高地址增长的

170 /* Clear BSS (if any). Is below tx (watch load addr - need space) */

171 clear_bss:

172 ldr r0, _bss_start @ find start of bss segment

173 ldr r1, _bss_end @ stop here

174 mov r2, #0x00000000 @ clear value

175 clbss_l:

176 str r2, [r0] @ clear BSS location

177 cmp r0, r1 @ are we at the end yet

178 add r0, r0, #4 @ increment clear index pointer

179 bne clbss_l @ keep clearing till at end

bss段用来存放全局未初始化变量，清除这个区域，使得这些全局变量的初始值为0

184 ldr pc, _start_armboot @ jump to C code

185

186 _start_armboot: .word start_armboot

184 跳转到C代码入口start_armboot，start_armboot在lib_arm/board.c中