uboot 移植全過程---基于ARM9 2410

uboot@localhost ~]#mkdir -p dev_home/uboot?

[uboot@localhost ~]#cd dev_home/uboot?

從下面地址下載u-boot 的源代碼。??

[uboot@localhost uboot]#tar -xjvf u-boot-1.1.4.tar.bz2?

[uboot@localhost uboot]#cd u-boot-1.1.4?

1.3 u-boot 體系結構?

1.3.1 u-boot 目錄結構?

1. 目錄樹?

[uboot@localhost u-boot-1.1.4]#tree -L 1 -d?
.?
|-- 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：和一些已有開發板有關的文件. 每一個開發板都以一個子目錄出現在當前目錄中，比如說:SMDK2410, 子目錄中存放與開發板相關的配置文件.?
3. common：實現u-boot 命令行下支持的命令，每一條命令都對應一個文件。例如bootm 命令對應就是 cmd_bootm.c 。?
4. cpu：與特定CPU 架構相關目錄，每一款U-boot 下支持的CPU 在該目錄下對應一個子目錄，比如有子目錄 arm920t 等。?
5. disk：對磁盤的支持。?
5. doc：文檔目錄。U-boot 有非常完善的文檔，推薦大家參考閱讀。?
6. drivers：U-boot 支持的設備驅動程序都放在該目錄，比如各種網卡、支持CFI 的Flash 、串口和USB 等。?
7. fs: 支持的文件系統，U-boot 現在支持cramfs 、fat 、fdos 、jffs2 和registerfs 。?
8. include：U-boot 使用的頭文件，還有對各種硬件平臺支持的匯編文件，系統的配置文件和對文件系統支持的文件。該目錄下configs? 目錄有與開發板相關的配置頭文件，如smdk2410.h 。該目錄下的asm? 目錄有與CPU 體?
系結構相關的頭文件，asm 對應的是asm-arm.?
9. lib_xxxx: 與體系結構相關的庫文件。如與ARM 相關的庫放在lib_arm 中。?
10. net：與網絡協議棧相關的代碼，BOOTP 協議、TFTP 協議、RARP 協議和NFS 文件系統的實現。?
11. tools：生成U-boot 的工具，如：mkimage, crc 等等。?

2 uboot 的啟動過程及工作原理?

2.1 啟動模式介紹?

大多數 Boot Loader 都包含兩種不同的操作模式："啟動加載"模式和"下載"模式，這種區別僅對于開發人員才有意義。但從最終用戶的角度看，Boot Loader 的作用就是用來加載操作系統，而并不存在所謂的啟動加 載模式與下載工作模式的區別。?

??? 啟動加載 （Boot loading）模式：這種模式也稱為" 自主"?????? （Autonomous）模式。也即 Boot Loader 從目標機上的某個固態存儲設備上將操作系統加載到 RAM 中運行，整個過程并沒有用戶的介入。這種模式是 Boot Loader 的正常工作模式，因此成都網站設計公司在嵌入式產品發布的時侯，Boot Loader 顯然必須工作在這種模式下。?

? 下載 （Downloading）模式：在這種模式下，目標機上的 Boot Loader 將通過串口連接或網絡連接等通信手 段從主機 （Host）下載文件，比如：下載內核映像和根文件系統映像等。從主機下載的文件通常首先被 Boot Loader 保存到目標機的 RAM 中，然后再被 BootLoader 寫到目標機上的FLASH 類固態存儲設備中。Boot oader 的這種模式通常在第一次安裝內核與根文件系統時被使用；此外，以后的系統更新也會使用 Boot Loader 的這種工作模式。工作于這種模式下的 Boot Loader 通常都會向它的終端用戶提供一個簡單的命令? 接口。?

?? U-Boot 這樣功能強大的 Boot Loader 同時支持這兩種工作模式，而且允許用戶在這兩種工作模式之間進?

切換。?

??? 大多數bootloader 都分為階段 1(stage1)和階段2(stage2)兩大部分，u-boot 也不例外。依賴于CPU 體系結構 的代碼 （如CPU 初始化代碼等）通常都放在階段 1 中且通常用匯編語言實現，而階段2 則通常用C 語言來實 現，這樣可以實現復雜的功能，而且有更好的可讀性和移植性。

2.2 階段1 介紹?
u-boot 的stage1 代碼通常放在start.s 文件中，它用匯編語言寫成，其主要代碼部分如下：?

2.2.1 定義入口?
由于一個可執行的Image 必須有一個入口點，并且只能有一個全局入口，通常這個入口放在ROM(Flash)的0x0?

地址，因此，必須通知編譯器以使其知道這個入口，該工作可通過修改連接器腳本來完成。?
??? 1. board/crane2410/u-boot.lds:? ENTRY(_start) ==> cpu/arm920t/start.S: .globl _start?

???? 2. uboot 代碼區 （TEXT_BASE = 0x33F80000）定義在board/crane2410/config.mk?

2.2.2 設置異常向量?

_start: b?????? reset????????????????????????? @ 0x00000000?

??????? ldr???? pc, _undefined_instruction???? @ 0x00000004?

??????? ldr???? pc, _software_interrupt??????? @ 0x00000008?

??????? ldr???? pc, _prefetch_abort??????????? @ 0x0000000c?

??????? ldr???? pc, _data_abort??????????????? @ 0x00000010?

??????? ldr???? pc, _not_used????????????????? @ 0x00000014?

??????? ldr???? pc, _irq?????????????????????? @ 0x00000018?

??????? ldr???? pc, _fiq?????????????????????? @ 0x0000001c?


????? 當發生異常時，執???cpu/arm920t/interrupts.c 中定義的中斷處理函數。?

2.2.3 設置 CPU 的模式為SVC模式?
?????? ?mrs???? r0,cpsr?

??????? bic???? r0,r0,#0x1f?

??????? orr???? r0,r0,#0xd3?

??????? msr???? cpsr,r0?

2.2.4 關閉看門狗?

#if defined(CONFIG_S3C2400) || defined(CONFIG_S3C2410)?

??????? ldr???? r0, =pWTCON?

??????? mov???? r1, #0x0???? @ 根據三星手冊進行調置。?

??????? str???? r1, [r0]?

2.2.5 禁掉所有中斷?
?????? ?mov???? r1, #0xffffffff?

??????? ldr???? r0, =INTMSK?

??????? str???? r1, [r0]?

# if defined(CONFIG_S3C2410)?

??????? ldr???? r1, =0x3ff?

??????? ldr???? r0, =INTSUBMSK?

??????? str???? r1, [r0]?

.2.6 設置以 CPU 的頻率?
默認頻率為 FCLK:HCLK:PCLK = 1:2:4，默認FCLK的值為120 MHz，該值為S3C2410手冊的推薦值。?

??????? ldr???? r0, =CLKDIVN?

??????? mov???? r1, #3?

??????? str???? r1, [r0]?

2.2.7 設置 CP15?

設置CP15, 失效指令(I)Cache 和數據(D)Cache 后, 禁止MMU 與Cache 。?

cpu_init_crit:?

??????? mov???? r0, #0?

??????? mcr???? p15, 0, r0, c7, c7, 0?? /* 失效I/D cache, 見S3C2410手冊附錄的2-16 */?

??????? mcr???? p15, 0, r0, c8, c7, 0?? /* 失效TLB, 見S3C2410手冊附錄的2-18 */?

/*?

???????? * 禁止 MMU 和caches, 詳見S3C2410手冊附錄2-11?

???????? */?

??????? 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: 異常向量表基地址: 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, 1 = Fault checking enabled */?

??????? orr???? r0, r0, #0x00001000???? /* set bit 12 (I) I-Cache, 1 = Instruction cache enabled ?

*/?

??????? mcr???? p15, 0, r0, c1, c0, 0?

2.2.8 配置內存區控制寄存器?
配置內存區控制寄存器，寄存器的具體值通常由開發板廠商或硬件工程師提供. 如果您對總線周期及外圍?

芯片非常熟悉, 也可以自己確定, 在U-BOOT 中的設置文件是board/crane2410/lowlevel_init.S, 該文件包含?

lowleve_init 程序段. 詳細寄存器設置及值的解釋見3.2.2 啟動AXD 配置開發板一節中的第5 點.?

????? mov???? ip, lr?

??????? bl????? lowlevel_init?

??????? mov???? lr, ip?

2.2.9 安裝 U-BOOT使的棧空間?

??? 下面這段代碼只對不是從Nand Flash 啟動的代碼段有意義，對從Nand Flash 啟動的代碼，沒有意義。因為?

從Nand Flash 中把UBOOT 執行代碼搬移到RAM,由2.1.9 中代碼完成.?

#ifndef CONFIG_SKIP_RELOCATE_UBOOT?

...?

#endif?

stack_setup:?

?????? ldr???? r0, _TEXT_BASE????????????? /* 代碼段的起始地址??? */?

?????? sub???? r0, r0, #CFG_MALLOC_LEN???? /* 分配的動態內存區??? */?

?????? sub???? r0, r0, #CFG_GBL_DATA_SIZE?? /* UBOOT開發板全局數據存放? */?

#ifdef CONFIG_USE_IRQ?

?????? /* 分配IRQ和FIQ棧空間 */?

?????? sub???? r0, r0, #(CONFIG_STACKSIZE_IRQ+CONFIG_STACKSIZE_FIQ)?

#endif?

?????? sub???? sp, r0, #12???????????????? /* 留下3個字為Abort??? */?

2.2.10 BSS段清 0?

clear_bss:?

?????? ldr???? r0, _bss_start?????? /* BSS段的起始地址?? */?

?????? ldr???? r1, _bss_end???????? /* BSS段的結束地址?? */?

?????? mov???? r2, #0x00000000???????????? /* BSS段置0?????????????????? */?

clbss_l:str??? r2, [r0]???????????? /* 循環清除BSS段 */?

?????? add???? r0, r0, #4?

?????? cmp???? r0, r1?

?????? ble???? clbss_l?

2.2.11 搬移 Nand Flash代碼?

從Nand Flash 中, 把數據拷貝到RAM, 是由copy_myself 程序段完成, 該程序段詳細解釋見:第七部分的3.1 節.?

#ifdef CONFIG_S3C2410_NAND_BOOT?

?????? bl??? copy_myself?
???? ?@ jump to ram?

?????? ldr?? r1, =on_the_ram?

?????? add? pc, r1, #0?

?????? nop?

?????? nop?

1:??? b???? 1b????????? @ infinite loop?
on_the_ram:?

#endif?

2.2.12 進入 C代碼部分?


??????? ldr???? pc, _start_armboot?

??????? _start_armboot: .word start_armboot?


2.3 階段2 的C 語言代碼部分　?

lib_arm/board.c 中的start armboot 是C 語言開始的函數，也是整個啟動代碼中C 語言的主函數，同時還是整個?

u-boot(armboot）的主函數，該函數主要完成如下操作：?

2.3.1調用一系列的初始化函數?

1. 指定初始函數表：?

init_fnc_t *init_sequence[] = {?

?????? cpu_init,???????????? /* cpu的基本設置????????? */?

?????? board_init,?????????? /* 開發板的基本初始化???? */?

?????? interrupt_init,?????? /* 初始化中斷???????????? */?

?????? env_init,???????????? /* 初始化環境變量???????? */?

?????? init_baudrate,??????? /* 初始化波特率?????????? */?

?????? serial_init,????????? /* 串口通訊初始化???????? */?

?????? console_init_f,?????? /* 控制臺初始化第一階段?? */?

?????? display_banner,?????? /* 通知代碼已經運行到該處 */?

?????? dram_init,??????????? /* 配制可用的內存區?????? */?

?????? display_dram_config,?

#if defined(CONFIG_VCMA9) || defined (CONFIG_CMC_PU2)?

?????? checkboard,?

#endif?

?????? NULL,?

};?

執行初始化函數的代碼如下：?

?????? 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 區?

?? flash_init ()?? ?
?? ?
3. 初始化內存分配函數?

?? mem_malloc_init()? ?

4. nand flash 初始化?

?#if (CONFIG_COMMANDS & CFG_CMD_NAND)?

????????? puts ("NAND:");?

????????? nand_init();????????????? /* 初始化 NAND */?

見第七部分3.2.3 節中的第3 點nand_init()函數.?

5. 初始化環境變量??

? env_relocate ();?

6. 外圍設備初始化?

?? devices_init()?

7. I2C 總線初始化?

? i2c_init();?

8. LCD 初始化?

? drv_lcd_init();?

9. VIDEO 初始化?

? drv_video_init();?

10. 鍵盤初始化?

? drv_keyboard_init();?

11. 系統初始化?

? drv_system_init();?

2.3.2 初始化網絡設備?

初始化相關網絡設備，填寫IP 、MAC 地址等。?

1. 設置IP 地址?

??????? /* IP Address */?

??????? gd->bd->bi_ip_addr = getenv_IPaddr ("ipaddr");?

??????? /* MAC Address */?

??????? {?

??????????????? int i;?

??????????????? ulong reg;?

??????????????? char *s, *e;?

??????????????? uchar tmp[64];?



??????????????? i = getenv_r ("ethaddr", tmp, sizeof (tmp));?

??????????????? s = (i > 0) ? tmp : NULL;?



??????????????? for (reg = 0; reg < 6; ++reg) {?

??????????????????????? gd->bd->bi_enetaddr[reg] = s ? simple_strtoul (s, &e, 16) : 0;?

??????????????????????? if (s)?

??????????????????????????????? s = (*e) ? e + 1 : e;?

??????????????? }?

??????? }?



2.3.3 進入主 UBOOT命令?

進入命令循環 （即整個boot 的工作循環），接受用戶從串口輸入的命令，然后進行相應的工作。?

??????? for (;;) {?

??????????????? main_loop (); /* 在common/main.c */?

??????? }?


2.4 代碼搬運?

為了支持NAND flash 起動，S3C2410 內建了內部的4k 的SRAM 緩存 “Steppingstone” 。當起動時，NAND?

flash 最初的4k 字節將被讀入”Steppingstone”然后開始執? 起動代碼。通常起動代碼會把NAND flash 中的內容?

拷到SDRAM 中以便執行主代碼。?

使用硬件的ECC, NAND flash 中的數據的有效性將會得到檢測。?

功能?

??? 1. NAND flash 模式：支持讀/刪除/編程 NAND Flash?

??? 2.? 自動起動模式：在復位時起動代碼將被讀入”Steppingstone”中，然后開始執? 起動代碼。?

??? 3. 硬件ECC 檢測模塊（硬件檢測，軟件糾正）?

??? 4. “Steppingstone” 4-KB 內部SRAM 在起動后可以另外使用。?

3 uboot 的移植過程?

3.1 環境?

? 1. 工作用戶?

??? uboot?

? 2. u-boot 版本 1.1.4?

??? 獲取u-boot1.1.4請看 1.2?

? 3. 工具鏈2.95.3?

3.2 步驟?

我們為開發板取名叫: crane2410, 并在u-boot 中建立自己的開發板類型?

3.2.1 修改 Makefile?

[uboot@localhost uboot]#vi Makefile?

#為crane2410 建立編譯項?

crane2410_config : unconfig?

?? @./mkconfig $(@:_config=) arm arm920t crane2410 NULL s3c24x0?

各項的意思如下:?

??? arm:????? CPU 的架構(ARCH)?

??? arm920t:? CPU 的類型(CPU) ，其對應于cpu/arm920t 子目錄。?

??? crane2410: 開發板的型號(BOARD) ，對應于board/crane2410? 目錄。?

??? NULL:???? 開發者/或經銷商(vender) 。?

??? s3c24x0:? 片上系統(SOC) 。?
?