从0移植uboot (二) _启动流程分析
来源：Linux社区 作者：xiaojiang1025 ： http://www.linuxidc.com/Linux/2017-02/141019.htm
经过了上一篇的配置，我们已经执行make就可以编译出一个uboot.bin，但这还不够，首先，此时的uboot并不符合三星芯片对bootloader的格式要求，其次，此时的uboot.bin也没有结合我们的开发板进行配置，还无法使用。而要进行这样的个性化配置，前提条件就是对uboot开机流程和编译系统有所了解，本文主要讨论前者。uboot是一个两阶段bootloader，第一阶段主要做硬件直接相关的初始化，使用汇编编写;第二阶段主要为操作系统的运行准备环境，主要用C编写，这里以ARM平台为例分析其启动流程。下面是启动过程中主要涉及的文件
arch/arm/cpu/armv7/start.S
board/samsung/myboard/lowlevel_init.S
arch/arm/lib/crt0.S
arch/arm/lib/board.c
arch/samsung/myboard/myboard.c
第一阶段
第一阶段的主要文件和任务如下
arch/arm/cpu/armv7/start.S
1. 设置CPU为SVC模式
2. 关闭中断，MMU，Cache
board/samsung/origen/lowlevel_init.S
3. 关闭看门狗
4. 初始化内存，串口
5. 设置栈
6. 代码自搬移
7. 清BSS
8. 跳转到C入口？？？？
start.S
39 .globl _start
40 _start: b reset
41 ldr pc, _undefined_instruction
42 ldr pc, _software_interrupt
43 ldr pc, _prefetch_abort
44 ldr pc, _data_abort
45 ldr pc, _not_used
46 ldr pc, _irq
47 ldr pc, _fiq--40--> 异常向量表设置
126 reset:
127 bl save_boot_params
131 mrs r0, cpsr
132 bic r0, r0, #0x1f
133 orr r0, r0, #0xd3
134 msr cpsr,r0--126-->设置CPU为SVC模式
下面这三行代码非常重要，是整个uboot启动过程的交叉点
154 bl cpu_init_cp15
155 bl cpu_init_crit
158 bl _main--154-->跳转执行cpu_init_cp15，即初始化CP15协处理器
--155-->跳转执行cpu_init_crit,
--158-->跳转执行_main，即第二阶段
287 ENTRY(cpu_init_cp15)
291 mov r0, #0 @ set up for MCR
292 mcr p15, 0, r0, c8, c7, 0 @ invalidate TLBs
293 mcr p15, 0, r0, c7, c5, 0 @ invalidate icache
294 mcr p15, 0, r0, c7, c5, 6 @ invalidate BP array
295 mcr p15, 0, r0, c7, c10, 4 @ DSB
296 mcr p15, 0, r0, c7, c5, 4 @ ISB
297
301 mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0
302 bic r0, r0, #0x00002000 @ clear bits 13 (--V-)
303 bic r0, r0, #0x00000007 @ clear bits 2:0 (-CAM)
304 orr r0, r0, #0x00000002 @ set bit 1 (--A-) Align
305 orr r0, r0, #0x00000800 @ set bit 11 (Z---) BTB
307 bic r0, r0, #0x00001000 @ clear bit 12 (I) I-cache
311 mcr p15, 0, r0, c1, c0, 0
312 mov pc, lr @ back to my caller
313 ENDPROC(cpu_init_cp15)--291-->关闭Cache
--301-->关闭MMU
324 ENTRY(cpu_init_crit)
331 b lowlevel_init @ go setup pll,mux,memory
332 ENDPROC(cpu_init_crit)--331-->跳转到lowlevel_init，位于board/samsung/origen/lowlevel_init.S，进行板级相关的设置。
lowlevel_init.S
这是位于目录的初始化文件，主要完成特定开发板的初始化工作，包括时钟、内存和串口等。
82 bl system_clock_init
85 bl mem_ctrl_asm_init
87 1:
88 /* for UART */
89 bl uart_asm_init
90 bl tzpc_init
91 pop {pc}
114 system_clock_init:
329 uart_asm_init:
357 tzpc_init:--82-->初始化系统时钟，即跳转到114行
--85-->初始化系统内存
--89-->初始化UART串口，即跳转到329行
--90-->初始化TrustZoneProtectorController，即跳转到357行
执行完lowlevel_init.S，依据上面那三行代码，执行流程就该回到start.S执行156行跳转到_main,开始执行第二阶段。
第二阶段
从start.S跳转到_main ，标致着uboot启动过程的第二阶段的开始。在第二阶段，核心文件是crt0.S，但我们最关心的是其中回调板级C程序的入口位置。第二阶段的流程如下:
arch/arm/lib/crt0.S
1. 初始化C运行环境，调用board_init_f()
arch/arm/lib/board.c
1. board_init_f对全局信息GD结构体进行填充
arch/arm/lib/crt0.S
1. 代码重定位
2. 代码自搬移
3. 执行超循环
arch/arm/lib/board.c
1. board_init_r()是进入定制板目录的入口
crt0.S
进入第二阶段是首要任务就是准备C语言运行的环境:
96 _main:
102 #if defined(CONFIG_NAND_SPL)
103 /* deprecated, use instead CONFIG_SPL_BUILD */
104 ldr sp, =(CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR)
105 #elif defined(CONFIG_SPL_BUILD) && defined(CONFIG_SPL_STACK)
106 ldr sp, =(CONFIG_SPL_STACK)
107 #else
108 ldr sp, =(CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR)
109 #endif
110 bic sp, sp, #7 /* 8-byte alignment for ABI compliance */
111 sub sp, #GD_SIZE /* allocate one GD above SP */
112 bic sp, sp, #7 /* 8-byte alignment for ABI compliance */
113 mov r8, sp /* GD is above SP */
114 mov r0, #0
115 bl board_init_f_main
--104-->初始化SP，为C语言做准备
--110-->保存128B放GD结构体来存放全局信息，
--111-->GD的地址放在r8中，
--115-->跳转到board_init_f()，这个整个初始化过程中第一次执行的C代码
board.c
下面这个函数就是uboot初始化过程中执行的第一个C函数，可以看作这个文件的入口函数。函数比较长，我就不逐句分析了，这个函数主要的作用就是执行一些高等级的初始化。其中最重要的就是准备全局信息GD结构体
209 typedef int (init_fnc_t) (void);
243 init_fnc_t *init_sequence[] = {
244 arch_cpu_init, /* basic arch cpu dependent setup */
245 mark_bootstage,
246 #ifdef CONFIG_OF_CONTROL
247 fdtdec_check_fdt,
...
277 void board_init_f(ulong bootflag)
278 {
...
291 gd->mon_len = _bss_end_ofs;
292 #ifdef CONFIG_OF_EMBED
293 /* Get a pointer to the FDT */
294 gd->fdt_blob = _binary_dt_dtb_start;
295 #elif defined CONFIG_OF_SEPARATE
296 /* FDT is at end of image */
297 gd->fdt_blob = (void *)(_end_ofs + _TEXT_BASE);
298 #endif
299 /* Allow the early environment to override the fdt address */
300 gd->fdt_blob = (void *)getenv_ulong("fdtcontroladdr", 16,
301 (uintptr_t)gd->fdt_blob);
302
303 for (init_fnc_ptr = init_sequence; *init_fnc_ptr; ++init_fnc_ptr) {
304 if ((*init_fnc_ptr)() != 0) {
305 hang ();
306 }
307 }
...board_init_f()
--243--> 全局的函数指针数组，每个指针都是int (*ptr)(void)型的。
--291-->mon_len 通过链接脚本可以知道存放的是 uboot 代码大小;
--294-->fdt_blob 存放设备数地址;
--303--遍历函数指针数组init_sequence中的每一个成员，就是将数组中的每一个初始化函数都执行一次，这种写法可以借鉴
crt0.S
函数board_init_f()返回后，继续执行crt0.S中115行之后的部分，主要的工作是执行代码自搬移，代码重定位等工作，执行完这些之后，我们我们找到了最感兴趣的下面这几句
163 /* call board_init_r(gd_t *id, ulong dest_addr) */
164 mov r0, r8 /* gd_t */
165 ldr r1, [r8, #GD_RELOCADDR] /* dest_addr */
166 /* call board_init_r */
167 ldr pc, =board_init_r /* this is auto-relocated! */--167-->跳转到board_init_r函数执行，这次跳出去这个文件的语句就执行完毕了，不会再回来了
board.c
这也是最后一次跳转到这个文件了，执行额函数如下
519 void board_init_r(gd_t *id, ulong dest_addr)
520 {
521 ulong malloc_start;
522 #if !defined(CONFIG_SYS_NO_FLASH)
523 ulong flash_size;
524 #endif
525
526 gd->flags |= GD_FLG_RELOC; /* tell others: relocation done */
527 bootstage_mark_name(BOOTSTAGE_ID_START_UBOOT_R, "board_init_r");
528
529 monitor_flash_len = _end_ofs;
530
531 /* Enable caches */
532 enable_caches();
533
534 debug("monitor flash len: %08lX\n", monitor_flash_len);
535 board_init(); /* Setup chipselects */
...
650 /* set up exceptions */
651 interrupt_init();
652 /* enable exceptions */
653 enable_interrupts();
667 eth_initialize(gd->bd);
...
701 /* main_loop() can return to retry autoboot, if so just run it again. */
702 for (;;) {
703 main_loop();
704 }
705
board_init_r()
--532-->很多紧急工作都做完了，可以打开cache了
--535-->关键!!!这个就是我们苦苦寻找的板级定制文件的xxx.c的入口函数！！！
--651-->中断初始化
--653-->使能中断
--667-->网卡初始化，函数的实现在net/eth.c，会回调板级xxx.c中的board_eth_init()
--703-->执行超循环，主要功能是处理环境变量,解析命令，也就是uboot中和我们交互的命令的解析工作都在这里执行!!!
main_loop()与启动内核
main_loop()的实现在common/main.c，它的主要功能就是循环检测输入的命令并执行，其中一个环境变量bootdelay(自启动)的设置决定了是否启动内核，如果延时大于等于零,并且没有在延时过程中接收到按键,则引导内核。ootloader 要想启动内核,可以直接跳到内核的第一个指令处,即内核的起始地址,这样便可以完成内核的启动工作了。但是要想启动内核还需要满足下面的一些条件，这些条件在Linux内核文档"/Documentation/kernel-parameters.txt"中有说明，
1、cpu 寄存器设置
* R0 = 0
* R1 = 机器类型 id
* R2 = 启动参数在内存中的起始地址2、cpu 模式
* 禁止所有中断
* 必须为 SVC(超级用户)模式3、Cache、MMU
* 关闭 MMU
* 指令 Cache 可以开启或者关闭
* 数据 Cache 必须关闭4、设备
* DMA 设备应当停止工作5、PC 为内核的起始地址
关于uboot的启动分析，本文只是冰山一角的一丢丢，不过希望通过我的这一堆废话下来，能帮助你对uboot的启动流程有一个整体的认识，当然，如果文中有错误，欢迎批评指正^-^
