uboot在smdk上移植.doc

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。

[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
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, _prefetchabort
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

/* FCLKHCLK: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
laskenv(F)
在标准输入（stdin）获得环境变量。
lautoscr
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
lbase
打印或者设置当前指令与下载地址的地址偏移。
lbdinfo
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）
lbootp
通过网络使用Bootp或者TFTP协议引导境像文件。
# help bootp
bootp [loadAddress] [bootfilename]
lbootelf
默认从0x30008000引导elf格式的文件(vmlinux)
# help bootelf
bootelf [address] - load address of ELF image.
lbootd(=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
ltftp(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)
lbootm
内核的入口地址开始引导内核。
# bootm 0x30008000
## Booting image at 30008000 ...
Starting kernel ...
Uncompressing
Linux......................................................................
done, .
lgo
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 ...
lcmp
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
lconinfo
打印所有控制设备和信息，例如
-List of available devices:
-serial 80000003 SIO stdin stdout stderr
lcp
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
ldate
获得/设置/重设日期和时间
# date
Date: 2006-6-6 (Tuesday) Time: 06:06:06
lerase(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
lflinfo(F)
打印Nor Flash信息, 由于该ARM板没有Nor Flash, 所有不支持该命令.
liminfo
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
lloadb
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
lmd
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 e2400080 ..........@...@.
000000d0: e240d00c e51f0094 e51f1094 e3a02000 ..@.......... ..
000000e0: e5802000 e2800004 e1500001 dafffffb . ........P.....
000000f0: eb000006 e59f13d0 e281f000 e1a00000 ................
l4.2.20 mm
顺序显示指定地址往后的内存中的内容,可同时修改,地址自动递增。
# mm 0x30008000
30008000: e1a00000 ? fffff
30008004: e1a000