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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 H 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