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uboot-1.1.4在smdk2410上移植

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17

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u—boot的移植
1。1 u-boot介绍
Uboot是德国DENX小组的开发用于多种嵌入式CPU的bootloader程序， UBoot不仅仅支持嵌入式Linux系统的引导，当前，它还支持NetBSD, VxWorks, QNX， RTEMS, ARTOS， LynxOS嵌入式操作系统。UBoot除了支持PowerPC系列的处理器外，还能支持MIPS、 x86、ARM、NIOS、XScale等诸多常用系列的处理器。本文的代码取自于uboot1。1。4。
1。2 获取u-boot
从下面地址下载uboot的源代码.
http：//
［uboot＠localhost uboot］＃tar xjvf uboot1.1.4.tar。bz2
［uboot＠localhost uboot]＃cd uboot1.1。4
1.3 u—boot体系结构
1。 目录树
.
｜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uboot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Uboot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。Uboot有非常完善的文档，推荐大家参考阅读。
6。 drivers：Uboot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，Uboot现在支持cramfs、fat、fdos、jffs2和registerfs.
8。 include：Uboot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asmarm.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Uboot的工具，如:mkimage, crc等等.
1.4 u-boot编译及配置
1.4。1 u—boot的Makefile分析
u-boot的Makefile从功能上可以分成两个部分。一部分是用来编译生成uboot。bin文件；另一部分是用来执行每种board相关的配置。下面以smdk2410为例来说明作了哪些配置。
$make smdk2410_config
在shell执行以上命令,对应于Makefile执行的命令是
smdk2410_config : unconfig
＠。/mkconfig ＄(@:_config=） arm arm920t smdk2410 NULL s3c24x0
首先执行如下命令，删除文件include/config。h include/config。mk board/＊/config。tmp，后续会发现这些文件是如何建立的。
unconfig：
@rm —f include/config.h include/config.mk board/＊/config。tmp
然后运行命令@。/mkconfig $(＠:_config=） arm arm920t smdk2410 NULL s3c24x0，mkconfig是脚本文件，传入的参数$1至$6分别为：smdk2410 arm arm920t smdk2410 NULL s3c24x0,根据传入的参数执行如下命令
cd 。/include
rm –f asm
ln –s asm-arm asm
rm –f asm-arm/arch
ln –s arch—s3c24x0 asm-arm/arch
rm –f asm—arm/proc
ln –s proc-armv asm—arm/proc
生成文件config。mk，文件内容为:
ARCH = arm
CPU = arm920t
BOARD = smdk2410
SOC = s3c24x0
生成文件config.h，文件内容为：
/＊ Automatically generated - do not edit */
#include <configs/smdk2410.h〉
至此make smdk2410_config的命令全部执行完毕。配置完成与board相关的信息，下面就可以编译此board的u-boot。bin文件，执行如下命令:
$make CROSS_COMPILE=arm-linux-
Makefile的执行首先包含include include/config。mk文件，获取ARCH CPU BOARD VENDOR SOC的定义，然后根据宏的配置编译指定的文件，最终生成u-boot。bin文件，执行流程请自行分析。
1.4。2 u-boot.bin的生成
根据以上对于makefile的分析，u—boot。bin的生成分为两步。如下：
对于board进行配置： $make smdk2410_config
进行编译生成u—boot.bin： ＄make CROSS_COMPILE=arm—linux-
1。5 u—boot的启动过程及工作原理
1。5。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 BootLoader 的正常工作模式，因此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 BootLoader 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.BootLoader 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 BootLoader 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行接口.
UBoot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行切换。
大多数bootloader都分为阶段1（stage1)和阶段2(stage2)两大部分,uboot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。
1。5.2 阶段1介绍
uboot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：
1。5.2。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/smdk2410/uboot。lds： ENTRY（_start) ==〉 cpu/arm920t/start。o (.text）
2。 uboot在ram的代码区（TEXT_BASE = 0x33F80000）定义在board/smdk2410/config.mk
1.5。2。2 设置异常向量
.globl _start
_start： b reset
ldr pc， _undefined_instruction
ldr pc， _software_interrupt
ldr pc， _prefetch_abort
ldr pc, _data_abort
ldr pc, _not_used
ldr pc， _irq
ldr pc， _fiq
当发生异常时，执行cpu/arm920t/interrupts.c中定义的中断处理函数
1。5.2。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
1.5。2。4 关闭看门狗，禁掉所有中断，设置CPU 的频率
＃if defined（CONFIG_S3C2400) |｜ defined（CONFIG_S3C2410）
ldr r0, =pWTCON
mov r1， #0x0
str r1, [r0］
/＊
＊ mask all IRQs by setting all bits in the INTMR — default
＊/
mov r1， ＃0xffffffff
ldr r0， =INTMSK
str r1, [r0］
＃ if defined(CONFIG_S3C2410)
ldr r1， =0x3ff
ldr r0， =INTSUBMSK
str r1, [r0]
＃ endif

/* FCLK:HCLK：PCLK = 1：2:4 */
/＊ default FCLK is 120 MHz ！ */
ldr r0, =CLKDIVN
mov r1， ＃3
str r1， [r0］
#endif /* CONFIG_S3C2400 ｜| CONFIG_S3C2410 ＊/
1。5.2。5 与内存管理相关寄存器的设置，cp15协处理器，配置内存区控制寄存器
cpu_init_crit:
/*
* flush v4 I/D caches
*/
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 */

/＊
* disable MMU stuff and caches
*/
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
orr r0， r0, ＃0x00001000 ＠ set bit 12 (I） I-Cache
mcr p15， 0, r0， c1， c0, 0

/＊
＊ before relocating, we have to setup RAM timing
＊ because memory timing is board-dependend, you will
* find a lowlevel_init。S in your board directory.
*/
mov ip, lr
bl lowlevel_init /*寄存器的具体值的设置需要对总线周期及
外围芯片非常熟悉, 根据所采用的内存芯片确定*/
mov lr, ip
mov pc, lr
1。5。2。6 把u-boot。lds定义的text段，rodata段，data段，got段，__u_boot_cmd_start段搬移到ram区
#ifndef CONFIG_SKIP_RELOCATE_UBOOT
relocate： /* relocate U—Boot to RAM ＊/
adr r0, _start /＊ r0 〈— current position of code ＊/
ldr r1， _TEXT_BASE /* test if we run from flash or RAM ＊/
cmp r0, r1 /＊ don't reloc during debug */
beq stack_setup

ldr r2, _armboot_start
ldr r3， _bss_start
sub r2, r3， r2 /* r2 〈- size of armboot ＊/
add r2, r0， r2 /* r2 <— source end address */

copy_loop:
ldmia r0！, ｛r3-r10} /* copy from source address [r0] ＊/
stmia r1!, ｛r3-r10｝ /* copy to target address ［r1] */
cmp r0, r2 /＊ until source end addreee ［r2］ ＊/
ble copy_loop
#endif /* CONFIG_SKIP_RELOCATE_UBOOT */
1。5.2.7 建立stack空间
stack_setup：
ldr r0， _TEXT_BASE /* upper 128 KiB: relocated uboot ＊/
sub r0, r0, #CFG_MALLOC_LEN /＊ malloc area */
sub r0， r0， ＃CFG_GBL_DATA_SIZE /＊ bdinfo ＊/
#ifdef CONFIG_USE_IRQ
sub r0， r0, ＃(CONFIG_STACKSIZE_IRQ+CONFIG_STACKSIZE_FIQ)
#endif
sub sp， r0, #12 /＊ leave 3 words for abort—stack */
1.5.2。8 bss段清0
clear_bss:
ldr r0, _bss_start /* find start of bss segment ＊/
ldr r1， _bss_end /* stop here ＊/
mov r2， #0x00000000 /* clear */

clbss_l：str r2， [r0］ /* clear loop.。. */
add r0， r0， ＃4
cmp r0, r1
ble clbss_l
1.5。2。9 进入C 代码部分
ldr pc, _start_armboot
_start_armboot： 。word start_armboot
1。5.3 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
uboot（armboot）的主函数，该函数主要完成如下操作：
1。5.3.1 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 ＊/
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();
1.5.3.2 初始化网络设备
初始化相关网络设备，填写IP、MAC地址等。
1。5。3.3 进入主UBOOT 命令行
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 ＊/
}
1。6 u—boot命令使用说明
1。6.1 命令配置

1.6。2 命令帮助获取
通过help可以获得当前开发板的UBOOT中支持的命令。
＃ help
？ - alias for 'help’
autoscr - run script from memory
base — print or set address offset
bdinfo - print Board Info structure
boot — boot default， i。e.， run ’bootcmd'
bootd - boot default， i.e.， run 'bootcmd’
bootelf — Boot from an ELF image in memory
bootm — boot application image from memory
bootp — boot image via network using BootP/TFTP protocol
bootvx - Boot vxWorks from an ELF image
cmp — memory compare
coninfo - print console devices and information
cp — memory copy
crc32 - checksum calculation
date — get/set/reset date & time
dcache — enable or disable data cache
echo — echo args to console
erase - erase FLASH memory
flinfo - print FLASH memory information
go — start application at address 'addr'
help — print online help
icache - enable or disable instruction cache
iminfo — print header information for application image
imls — list all images found in flash
itest - return true/false on integer compare
loadb — load binary file over serial line (kermit mode）
loads - load S-Record file over serial line
loop — infinite loop on address range
md — memory display
mm — memory modify (auto—incrementing)
mtest - simple RAM test
mw - memory write (fill）
nand - NAND sub—system
nboot — boot from NAND device
nfs - boot image via network using NFS protocol
nm - memory modify （constant address)
ping — send ICMP ECHO_REQUEST to network host
printenv — print environment variables
protect — enable or disable FLASH write protection
rarpboot — boot image via network using RARP/TFTP protocol
reset - Perform RESET of the CPU
run - run commands in an environment variable
saveenv — save environment variables to persistent storage
setenv - set environment variables
sleep — delay execution for some time
tftpboot — boot image via network using TFTP protocol
version — print monitor version
1.6。3 命令使用说明
l askenv(F）
在标准输入（stdin）获得环境变量。
l autoscr
从内存（Memory）运行教本.（注意,从下载地址开始，例如我们的开发板是从0x30008000处开始运
行）。
＃ autoscr 0x30008000
＃# Executing script at 30008000
l base
打印或者设置当前指令与下载地址的地址偏移。
l bdinfo
打印开发板信息
＃ bdinfo
—arch_number = 0x000000C1 (CPU体系结构号）
-env_t = 0x00000000 （环境变量）
-boot_params = 0x30000100 （启动引导参数)
-DRAM bank = 0x00000000 (内存区）
-—> start = 0x30000000 （SDRAM起始地址）
-—〉 size = 0x04000000 （SDRAM大小）
-ethaddr = 01：23：45:67:89：AB (以太网地址)
-ip_addr = 192。168.1。5 (IP地址）
—baudrate = 115200 bps （波特率）
l bootp
通过网络使用Bootp或者TFTP协议引导境像文件。
# help bootp
bootp ［loadAddress］ [bootfilename]
l bootelf
默认从0x30008000引导elf格式的文件(vmlinux)
＃ help bootelf
bootelf ［address］ — load address of ELF image。
l bootd(=boot）
引导的默认命令，即运行U-BOOT中在“include/configs/smdk2410.h” 中设置的“bootcmd” 中
的命令.如下:
＃define CONFIG_BOOTCOMMAND ”tftp 0x30008000 uImage; bootm 0x30008000"；
在命令下做如下试验：
# set bootcmd printenv
＃ boot
bootdelay=3
baudrate=115200
ethaddr=01：23:45：67：89：ab
＃ bootd
bootdelay=3
baudrate=115200
ethaddr=01：23:45：67:89：ab
l tftp（tftpboot）
即将内核镜像文件从PC中下载到SDRAM的指定地址,然后通过bootm来引导内核，前提是所用PC要安装设
置tftp服务。
下载信息：
＃ tftp 0x30008000 zImage
TFTP from server 10.0。0。1; our IP address is 10。0。0.110
Filename ’zImage’。
Load address: 0x30008000
Loading： #＃###＃＃＃#＃＃＃＃＃＃##＃##＃#＃＃＃##＃#＃#＃＃＃＃##＃##＃######＃＃####＃#＃#＃＃#＃##＃#
########＃＃###＃＃＃＃＃＃####＃＃＃#＃#########＃＃＃#＃##＃＃#＃＃##＃＃＃＃＃＃＃＃#＃#＃＃#
###＃###＃#＃#＃＃##＃＃###＃＃＃＃#＃＃＃＃#＃＃＃##＃＃#＃＃#＃＃＃###＃＃
done
Bytes transferred = 913880 (df1d8 hex)
l bootm
内核的入口地址开始引导内核。
＃ bootm 0x30008000
## Booting image at 30008000 。。.
Starting kernel 。。。
Uncompressing
Linux...。。.。。。。。。.。。。。..。..。...。.。。.。....。.。。.。。.。.。。。。。。.。...。。.。.。。。。....
done， 。
l go
直接跳转到可执行文件的入口地址，执行可执行文件.
# go 0x30008000
#＃ Starting application at 0x30008000 ...
l cmp
对输入的两段内存地址进行比较。
# cmp 0x30008000 0x30008040 64
word at 0x30008000 （0xe321f0d3) ！= word at 0x30008040 (0xc022020c）
Total of 0 words were the same
# cmp 0x30008000 0x30008000 64
Total of 100 words were the same
l coninfo
打印所有控制设备和信息，例如
-List of available devices:
—serial 80000003 SIO stdin stdout stderr
l cp
内存拷贝,cp 源地址 目的地址 拷贝大小（字节)
＃ help cp
cp ［.b， 。w， 。l] source target count
ANE2410 # cp 0x30008000 0x3000f000 64
l date
获得/设置/重设日期和时间
# date
Date： 2006—6—6 （Tuesday) Time: 06：06:06
l erase(F）
擦除FLASH MEMORY， 由于该ARM板没有Nor Flash， 所有不支持该命令。
＃ help erase
erase start end
— erase FLASH from addr ’start' to addr 'end’
erase start +len
— erase FLASH from addr 'start' to the end of sect w/addr ’start'+'len'-1
erase N：SF[-SL]
- erase sectors SF-SL in FLASH bank # N
erase bank N
— erase FLASH bank # N
erase all
— erase all FLASH banks
l flinfo（F）
打印Nor Flash信息， 由于该ARM板没有Nor Flash， 所有不支持该命令.
l iminfo
打印和校验内核镜像头, 内核的起始地址由CFG_LOAD_ADDR指定：
＃define CFG_LOAD_ADDR 0x30008000 /* default load address ＊/
该宏在include/configs/zte2410。h中定义。
# iminfo
## Checking Image at 30008000 。.。
Image Name： Linux-2。6。14.1
Created： 2006-06-28 7:43:01 UTC
Image Type： ARM Linux Kernel Image （uncompressed)
Data Size: 1047080 Bytes = 1022.5 kB
Load Address: 30008000
Entry Point: 30008040
Verifying Checksum ... OK
l loadb
从串口下载二进制文件
# loadb
＃＃ Ready for binary (kermit） download to 0x30008000 at 115200 bps...
＃# Total Size = 0x00000000 = 0 Bytes
＃＃ Start Addr = 0x30008000
l md
显示指定内存地址中的内容
＃ md 0
00000000: ea000012 e59ff014 e59ff014 e59ff014 .。。。....。.。...。。
00000010： e59ff014 e59ff014 e59ff014 e59ff014 .。.。....。.。..。.。
00000020： 33f80220 33f80280 33f802e0 33f80340 。。3..。3。。.3＠。.3
00000030： 33f803a0 33f80400 33f80460 deadbeef ..。3.。.3`。.3.。..
00000040: 33f80000 33f80000 33f9c0b4 33fa019c 。。.3.。.3。..3..。3
00000050: e10f0000 e3c0001f e38000d3 e129f000 ...。..。。..。...)。
00000060: e3a00453 e3a01000 e5801000 e3e01000 S...。.。。.。.。。。。.
00000070: e59f0444 e5801000 e59f1440 e59f0440 D。..。...@.。.＠。.。
00000080: e5801000 e59f043c e3a01003 e5801000 。。。。<。。...。。。...
00000090： eb000051 e24f009c e51f1060 e1500001 Q。.。。.O.`。。。。。P。
000000a0： 0a000007 e51f2068 e51f3068 e0432002 .。。。h 。。h0。。。 C。
000000b0: e0802002 e8b007f8 e8a107f8 e1500002 。 ..。。.。。。...。P。
000000c0: dafffffb e51f008c e2400803 e