uboot启动第一阶段分析
一. uboot第一阶段初识
1.1. 什么是uboot第一阶段
1.1.1. 启动os三个阶段
1.1.1.1. bl0阶段
a. 这段代码是三星固化到iROM中，可以查看《S5PV210_iROM_ApplicationNote_Preliminary_20091126.pdf》
b. 这段代码作用是将uboot第一阶段的8kb加载到iRAM中
1.1.1.2. bl1阶段（uboot第一阶段）
a. 此部分是整个uboot的前8k部分
b. 此部分由bl0 加载到iRAM指定地址
1.1.1.3. bl2阶段（整个uboot)
a. 此部分是整个uboot
b. 此部分由bl1重定位到DDR的链接地址启动开始执行
c. uboot的第二阶段就是要初始化bl1剩下的还没被初始化的硬件。主要是SoC外部硬件（譬如iNand、网卡芯片····）、uboot本身的一些东西（uboot的命令、环境变量等····）。然后最终初始化完必要的东西后进入uboot的命令行准备接受命令。
1.2. 第一阶段主要作用
a. 初始化DDR
b. 将(bl2)整个uboot重定位到DDR中
c. 跳转到DDR中执行uboot（长跳转）
二. uboot 第一阶段源码分析
2.1. uboot链接脚本分析
a. ENTRY(_start):整个程序的入口取决于链接脚本中ENTRY声明的地方。ENTRY(_start)因此_start符号所在的文件就是整个程序的起始文件，_start所在处的代码就是整个程序的起始代码。
b. 在text段中，指定很多文件的段靠前存放，这样可以保证必要的文件可以在uboot前8K地址内
OUTPUT_FORMAT("elf32-littlearm", "elf32-littlearm", "elf32-littlearm") /*OUTPUT_FORMAT("elf32-arm", "elf32-arm", "elf32-arm")*/ OUTPUT_ARCH(arm) ENTRY(_start) SECTIONS { . = 0x00000000; . = ALIGN(4); .text : { cpu/s5pc11x/start.o (.text) cpu/s5pc11x/s5pc110/cpu_init.o (.text) board/samsung/x210/lowlevel_init.o (.text) cpu/s5pc11x/onenand_cp.o (.text) cpu/s5pc11x/nand_cp.o (.text) cpu/s5pc11x/movi.o (.text) common/secure_boot.o (.text) common/ace_sha1.o (.text) cpu/s5pc11x/pmic.o (.text) *(.text) } . = ALIGN(4); .rodata : { *(.rodata) } . = ALIGN(4); .data : { *(.data) } . = ALIGN(4); .got : { *(.got) } __u_boot_cmd_start = .; .u_boot_cmd : { *(.u_boot_cmd) } __u_boot_cmd_end = .; . = ALIGN(4); .mmudata : { *(.mmudata) } . = ALIGN(4); __bss_start = .; .bss : { *(.bss) } _end = .; }
2.2. start.S分析
2.2.1. 相关头文件分析
a. 有些头文件是在配置/编译过程生成的
b. 有些头文件使用了符号链接
c. 很多宏定义在x210_sd.h宏定义，但此文件被config.h所引用
#include <config.h> #include <version.h> #if defined(CONFIG_ENABLE_MMU) #include <asm/proc/domain.h> #endif #include <regs.h>
2.2.2. uboot头信息地址占位
a. 定义4个字空间占用16字节，16字节信息定义可以查看 《S5PV210_iROM_ApplicationNote_Preliminary_20091126.pdf》
b. 此处仅仅是定义并未赋有效值，有效值再制作usb启动uboot是写入（如使用sd_fusing中sd_fdisk.c文件会填充）
#if defined(CONFIG_EVT1) && !defined(CONFIG_FUSED) .word 0x2000 .word 0x0 .word 0x0 .word 0x0 #endif
2.2.3. _start汇编标号分析
2.3.1.1. 上述我们已经分析了，启动bl1时的起点就是_start
2.3.1.2. b reset为什么开始执行的第一句汇编
a. 无论是复位还是开启都属于重启，故启动先执行reset很合理
b. reset后cpu处于SVC模式，reset汇编重新设置模式也无妨
reset: /* * set the cpu to SVC32 mode and IRQ & FIQ disable */ @;mrs r0,cpsr @;bic r0,r0,#0x1f @;orr r0,r0,#0xd3 @;msr cpsr,r0 msr cpsr_c, #0xd3 @ I & F disable, Mode: 0x13 - SVC
2.2.4. 设置栈到iRAM
a. 此时DDR未初始化，但后面需要压栈出栈故此时把栈设置到iRAM
b. 栈地址使用《S5PV210_iROM_ApplicationNote_Preliminary_20091126.pdf》memery map推荐的栈地址
/* * Go setup Memory and board specific bits prior to relocation. */ ldr sp, =0xd0036000 /* end of sram dedicated to u-boot */ sub sp, sp, #12 /* set stack */ mov fp, #0
2.2.5. lowlevel_init分析
2.2.5.1. _TEXT_BASE
2.2.5.1.1. 此标号相对应变量，变量值为TEXT_BASE
2.2.5.1.2. TEXT_BASE是怎么来的
a. 该变量值是make x210_sd_config配置时写入到config.mk文件中
b. 该值会在\uboot\config.mk中作为uboot链接地址
x210_sd_config : unconfig @$(MKCONFIG) $(@:_config=) arm s5pc11x x210 samsung s5pc110 @echo "TEXT_BASE = 0xc3e00000" > $(obj)board/samsung/x210/config.mk
2.2.5.2. 判断当前代码执行位置
a. 这几行代码的作用就是判定当前代码执行的位置在SRAM中还是在DDR中。为什么要做这个判定？
原因1：BL1（uboot的前一部分）在SRAM中有一份，在DDR中也有一份，因此如果是冷启动那么当前代码应该是在SRAM中运行的BL1，如果是低功耗状态的复位这时候应该就是在DDR中运行的。
原因2：我们判定当前运行代码的地址是有用的，可以指导后面代码的运行。譬如在lowlevel_init.S中判定当前代码的运行地址，就是为了确定要不要执行时钟初始化和初始化DDR的代码。如果当前代码是在SRAM中，说明冷启动，那么时钟和DDR都需要初始化；如果当前代码是在DDR中，那么说明是热启动则时钟和DDR都不用再次初始化。
b. bic r1, pc, r0 这句代码的意义是：将pc的值中的某些bit位清0，剩下一些特殊的bit位赋值给r1（r0中为1的那些位清零）相等于：r1 = pc & ~(ff000fff)
ldr r2, _TEXT_BASE 加载链接地址到r2，然后将r2的相应位清0剩下特定位。
c. 最后比较r1和r2.
ldr r0, =0xff000fff bic r1, pc, r0 /* r0 <- current base addr of code */ ldr r2, _TEXT_BASE /* r1 <- original base addr in ram */ bic r2, r2, r0 /* r0 <- current base addr of code */ cmp r1, r2 /* compare r0, r1 */ beq 1f /* r0 == r1 then skip sdram init */
2.2.5.3. lowlevel_init总结
a. 检查复位状态、IO恢复、关看门狗、开发板供电锁存、时钟初始化、DDR初始化、串口初始化并打印'O'、tzpc初始化、打印'K'。
b. 其中值得关注的：关看门狗、开发板供电锁存、时钟初始化、DDR初始化、打印"OK"
_TEXT_BASE: .word TEXT_BASE .globl lowlevel_init lowlevel_init: push {lr} /* check reset status */ ldr r0, =(ELFIN_CLOCK_POWER_BASE+RST_STAT_OFFSET) ldr r1, [r0] bic r1, r1, #0xfff6ffff cmp r1, #0x10000 beq wakeup_reset_pre cmp r1, #0x80000 beq wakeup_reset_from_didle /* IO Retention release */ ldr r0, =(ELFIN_CLOCK_POWER_BASE + OTHERS_OFFSET) ldr r1, [r0] ldr r2, =IO_RET_REL orr r1, r1, r2 str r1, [r0] /* Disable Watchdog */ ldr r0, =ELFIN_WATCHDOG_BASE /* 0xE2700000 */ mov r1, #0 str r1, [r0] /* SRAM(2MB) init for SMDKC110 */ /* GPJ1 SROM_ADDR_16to21 */ ldr r0, =ELFIN_GPIO_BASE ldr r1, [r0, #GPJ1CON_OFFSET] bic r1, r1, #0xFFFFFF ldr r2, =0x444444 orr r1, r1, r2 str r1, [r0, #GPJ1CON_OFFSET] ldr r1, [r0, #GPJ1PUD_OFFSET] ldr r2, =0x3ff bic r1, r1, r2 str r1, [r0, #GPJ1PUD_OFFSET] /* GPJ4 SROM_ADDR_16to21 */ ldr r1, [r0, #GPJ4CON_OFFSET] bic r1, r1, #(0xf<<16) ldr r2, =(0x4<<16) orr r1, r1, r2 str r1, [r0, #GPJ4CON_OFFSET] ldr r1, [r0, #GPJ4PUD_OFFSET] ldr r2, =(0x3<<8) bic r1, r1, r2 str r1, [r0, #GPJ4PUD_OFFSET] /* CS0 - 16bit sram, enable nBE, Byte base address */ ldr r0, =ELFIN_SROM_BASE /* 0xE8000000 */ mov r1, #0x1 str r1, [r0] /* PS_HOLD pin(GPH0_0) set to high */ ldr r0, =(ELFIN_CLOCK_POWER_BASE + PS_HOLD_CONTROL_OFFSET) ldr r1, [r0] orr r1, r1, #0x300 orr r1, r1, #0x1 str r1, [r0] /* when we already run in ram, we don't need to relocate U-Boot. * and actually, memory controller must be configured before U-Boot * is running in ram. */ ldr r0, =0xff000fff bic r1, pc, r0 /* r0 <- current base addr of code */ ldr r2, _TEXT_BASE /* r1 <- original base addr in ram */ bic r2, r2, r0 /* r0 <- current base addr of code */ cmp r1, r2 /* compare r0, r1 */ beq 1f /* r0 == r1 then skip sdram init */ /* init system clock */ bl system_clock_init /* Memory initialize */ bl mem_ctrl_asm_init 1: /* for UART */ bl uart_asm_init bl tzpc_init #if defined(CONFIG_ONENAND) bl onenandcon_init #endif #if defined(CONFIG_NAND) /* simple init for NAND */ bl nand_asm_init #endif /* check reset status */ ldr r0, =(ELFIN_CLOCK_POWER_BASE+RST_STAT_OFFSET) ldr r1, [r0] bic r1, r1, #0xfffeffff cmp r1, #0x10000 beq wakeup_reset_pre /* ABB disable */ ldr r0, =0xE010C300 orr r1, r1, #(0x1<<23) str r1, [r0] /* Print 'K' */ ldr r0, =ELFIN_UART_CONSOLE_BASE ldr r1, =0x4b4b4b4b str r1, [r0, #UTXH_OFFSET] pop {pc}
2.2.6. uboot重定位详解
a. 真正的重定位是通过调用movi_bl2_copy函数完成的，在uboot/cpu/s5pc11x/movi.c中。是一个C语言的函数
b. copy_bl2(2, MOVI_BL2_POS, MOVI_BL2_BLKCNT,CFG_PHY_UBOOT_BASE, 0);
分析参数：2表示通道2；MOVI_BL2_POS是uboot的第二部分在SD卡中的开始扇区，这个扇区数字必须和烧录uboot时烧录的位置相同；MOVI_BL2_BLKCNT是uboot的长度占用的扇区数；CFG_PHY_UBOOT_BASE是重定位时将uboot的第二部分复制到DDR中的起始地址（33E00000）.
ldr r0, =INF_REG_BASE ldr r1, [r0, #INF_REG3_OFFSET] cmp r1, #BOOT_NAND /* 0x0 => boot device is nand */ beq nand_boot cmp r1, #BOOT_ONENAND /* 0x1 => boot device is onenand */ beq onenand_boot cmp r1, #BOOT_MMCSD beq mmcsd_boot cmp r1, #BOOT_NOR beq nor_boot cmp r1, #BOOT_SEC_DEV beq mmcsd_boot nand_boot: mov r0, #0x1000 bl copy_from_nand b after_copy onenand_boot: bl onenand_bl2_copy b after_copy mmcsd_boot: #if DELETE ldr sp, _TEXT_PHY_BASE sub sp, sp, #12 mov fp, #0 #endif bl movi_bl2_copy b after_copy nor_boot: bl read_hword b after_copy
2.2.7. 设置MMU
a. MMU就是memory management unit，内存管理单元。MMU实际上是SOC中一个硬件单元，它的主要功能就是实现虚拟地址到物理地址的映射。
b. MMU单片在CP15协处理器中进行控制，也就是说要操控MMU进行虚拟地址映射，方法就是对cp15协处理器的寄存器进行编程。
c. MMU的作用
(1)访问控制就是：在管理上对内存进行分块，然后每块进行独立的虚拟地址映射，然后在每一块的映射关系中同时还实现了访问控制（对该块可读、可写、只读、只写、不可访问等控制）
(2)回想在C语言中编程中经常会出现一个错误：Segmentation fault。实际上这个段错误就和MMU实现的访问控制有关。当前程序只能操作自己有权操作的地址范围（若干个内存块），如果当前程序指针出错访问了不该访问的内存块则就会触发段错误。
after_copy: #if defined(CONFIG_ENABLE_MMU) enable_mmu: /* enable domain access */ ldr r5, =0x0000ffff mcr p15, 0, r5, c3, c0, 0 @load domain access register /* Set the TTB register */ ldr r0, _mmu_table_base ldr r1, =CFG_PHY_UBOOT_BASE ldr r2, =0xfff00000 bic r0, r0, r2 orr r1, r0, r1 mcr p15, 0, r1, c2, c0, 0 /* Enable the MMU */ mmu_on: mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0 orr r0, r0, #1 mcr p15, 0, r0, c1, c0, 0 nop nop nop nop #endif
2.2.8. 再次设置栈，清理bss
a. 第三次设置栈。这次设置栈还是在DDR中，之前虽然已经在DDR中设置过一次栈了，但是本次设置栈的目的是将栈放在比较合适（安全，紧凑而不浪费内存）的地方。
b. 我们实际将栈设置在uboot起始地址上方2MB处，这样安全的栈空间是：2MB-uboot大小-0x1000=1.8MB左右。这个空间既没有太浪费内存，又足够安全。
c. 清理bss段代码和裸机中讲的一样。注意表示bss段的开头和结尾地址的符号是从链接脚本u-boot.lds得来的。
stack_setup: #if defined(CONFIG_MEMORY_UPPER_CODE) ldr sp, =(CFG_UBOOT_BASE + CFG_UBOOT_SIZE - 0x1000) #else 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 */ #if defined(CONFIG_USE_IRQ) sub r0, r0, #(CONFIG_STACKSIZE_IRQ+CONFIG_STACKSIZE_FIQ) #endif sub sp, r0, #12 /* leave 3 words for abort-stack */ #endif clear_bss: ldr r0, _bss_start /* find start of bss segment */ ldr r1, _bss_end /* stop here */ mov r2, #0x00000000 /* clear */
2.2.9. 开启uboot第二阶段
a. start_armboot是uboot/lib_arm/board.c中，这是一个C语言实现的函数。这个函数就是uboot的第二阶段。这句代码的作用就是将uboot第二阶段执行的函数的地址传给pc，实际上就是使用一个远跳转直接跳转到DDR中的第二阶段开始地址处。
b. 远跳转的含义就是这句话加载的地址和当前运行地址无关，而和链接地址有关。因此这个远跳转可以实现从SRAM中的第一阶段跳转到DDR中的第二阶段。
c. 这里这个远跳转就是uboot第一阶段和第二阶段的分界线。
clbss_l: str r2, [r0] /* clear loop... */ add r0, r0, #4 cmp r0, r1 ble clbss_l ldr pc, _start_armboot _start_armboot: .word start_armboot
