uboot源代码startS详解

以下内容源于朱友鹏老师《物联网大讲堂》视频的学习整理。如有侵权，请告知删除。

一、基本的概念

?阶段的定义：

1、第一阶段，即在内部SRAM运行的阶段，简单地理解为汇编阶段，此阶段主要涉及start.S文件，在cpu/s5pc11x/目录下。第一阶段以ldr pc _start_armboot为结束。

2、第二阶段，即在DDR中运行的阶段，简单地理解为C语言阶段，此阶段主要涉及start_armboot函数，在uboot/lib_arm/board.c文件的444~908行。

?第一阶段主要完成的任务有：

1、异常向量表的实现；

2、设置进入特权模式，即SVC模式；

3、检查恢复状态；

4、IO状态恢复；

5、关看门狗；

6、一些与SRAM、SROM相关的GPIO设置；

7、开发板的供电锁存；

8、时钟的初始化；

9、DDR的初始化；

10、重新设置栈空间；

11、uboot的重定位。

12、转换表的建立；

13、使能MMU。

可见，uboot的第一阶段初始化了SoC内部的一些部件，初始化DDR并且重定位。

一、start.S的引入

1、uboot中整个程序的入口取决于链接脚本中ENTRY声明的地方。因为链接脚本（即

board\samsung\x210\u-boot.lds）中有ENTRY（_start），因此_start符号所在的文件就是起始文件，所处的位置就是起始位置。

2、SI工具的使用：search—>lookup reference.

二、start.S解析1

（1）config.h文件在mkconfig脚本中生成，此文件内容为#include ；

（2）version.h文件中的内容是#include "version_autogenerated.h"。version_autogenerated.h文件是在主Makefile中自动生成的。

生成代码为：

生成内容（即version_autogenerated.h文件中内容为）：

#define U_BOOT_VERSION "U-Boot 1.3.4"

（3）由于定义了宏CONFIG_ENABLE_MMU，因此包含asm/proc/domain.h。由于采用了符号链接（为了让uboot 具有可移植性），实际包含include\asm-arm\proc-arm\domain.h文件。

三、start.S解析2

1、启动代码的16字节头部

（1）arm7和arm9（其他的我不清楚）的arm指令集中，一个字类型是32bit。

（2）此段代码用16个字节填充占位（这些数字貌似可以任意？），字节内容需要后续计算重新填充。.word 是arm汇编的伪指令，含义是当前地址的值为XX，XX的内容一般为数值或者地址。

如：.word 0x2000表示当前地址的值为0x2000；

.word _start 表示当前地址的值为_start函数

2、构建异常向量表

（1）异常向量表由硬件决定，软件只是参照硬件设计来实现。

（2）此向量表只是虚有其表，并未做非常细致的异常处理。

（3）复位异常处理代码是b reset，reset是个函数。

（4）最后一句是让内存16字节对齐，如果不对齐，用0xdeadbeef这个数字填充。3、

（1）_TEXT_BASE（4字节）这个内存地址出的值为TEXT_BASE（即0xc3e00000）；

_TEXT_PHY_BASE（4字节）这个内存存放的值为CFG_PHY_UBOOT_BASE（uboot的物理基地址）：

（2）CFG_PHY_UBOOT_BASE（定义在x210_sd.h中）为MEMORY_BASE_ADDRESS + 0x3e00000，而在x210_sd.h 中有#define MEMORY_BASE_ADDRESS 0x30000000，因此CFG_PHY_UBOOT_BASE为0x33e00000，这个是uboot 在DDR中的物理地址。

（3）总结：标签表示地址，.word后面的表示值。如_bss_end: .word _end表示地址_bss_end上存放的值是_end。

4、reset中断处理函数

（1）0xd3=11010011，参照之前cpsr的位含义，可知此代码将cpu设置为SVC模式、arm状态，禁止FIQ、IRQ中断。

（2）整个uboot工作时，cpu一直处于SVC模式（特权模式）。

5、Cpu的初始化（设置l1，l2cache和MMU等内容）

6、识别并暂存启动介质选择

（1）由SoC的OM0：OM5这6个引脚的高低电平决定启动介质。

（2）由#define PRO_ID_BASE0xE0000000和#define OMR_OFFSET 0x04得到寄存器0xE000 0004，其根据OM引脚自动硬件设置值。

（3）此三行代码后，r2存储了一个数字，后续通过该数字进行启动介质的判断。

（3）通过判断r2中的值，来确定是从哪里启动的。如果r2中的值为0xc，那从SD卡启动，然后把#BOOT_MMCSD 赋值给r3，即r3存储的值为0x3（#define BOOT_MMCSD 0x3）。

（4）最后两行中，因为有#define INF_REG_BASE 0xE010F000和#define INF_REG3_OFFSET 0x0c，因此其把BOOT_MMCSD（0x3）这个值放入寄存器 0xE010F00C中。

7、第一次设置栈

、

（1）这次设置栈是在SRAM中设置的，因为当前整个代码还在SRAM中运行，此时DDR还未被初始化还不能用。栈地址0xd0036000是自己指定的，指定的原则就是这块空间只给栈用，不会被别人占用。

（2）在调用函数前初始化栈，主要原因是接下来调用的lowlevel_init函数中还要调用其他函数。而bl 只会将返回地址存储到LR中，但是我们只有一个LR，所以在第二层调用函数前要先将LR入栈，否则函数返回时第一层的返回地址就丢了。

8、lowlevel_init函数

函数解释第一部分：

（1）lowlevel_init在uboot\board\samsung\x210\lowlevel_init.S中。

（2）检查复位状态

A、因为复杂CPU支持多种复位状态（冷上电、休眠复位等），因此在复位代码中检查复位状态，判断到底是哪一种。

B、冷上电时DDR需要初始化，而休眠状态下复位不需要再次初始化DDR。

（3）IO状态恢复；

（4）关看门狗；

（5）一些与SRAM、SROM相关的GPIO设置；

（6）开发板的供电锁存。

函数解释第二部分：

（1）判断当前代码执行位置（判断在SRAM还是DDR中）

为什么要判断？

●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。

●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。

（2）时钟初始化：system_clock_init

（3）内存的初始化：system_clock_init

●该函数和裸机中初始化DDR代码是一样的。实际裸机中初始化DDR的代码就是从这里抄的。

●配置值中有一个和裸机中讲的不一样，即DMC0_MEMCONFIG_0，它在裸机中配置值为0x20E01323，在

uboot中配置为0x30F01313.这个配置不同就导致结果不同。

●在裸机中DMC0的256MB内存地址范围是0x20000000-0x2FFFFFFF，在uboot中DMC0的256MB内存地

址范围为0x30000000-0x3FFFFFFF。

●之前在裸机中时配置为2开头的地址，当时并没有说可以配置为3开头。从分析九鼎移植的uboot可

以看出：DMC0上允许的地址范围是20000000-3FFFFFFF（一共是512MB），而我们实际只接了256MB 物理内存，SoC允许我们给这256MB挑选地址范围。

●总结一下：在uboot中，可用的物理地址范围为：0x30000000-0x4FFFFFFF。一共512MB，其中

30000000-3FFFFFFF为DMC0，40000000-4FFFFFFF为DMC1。

●分析的时候要注意条件编译的条件，配置头文件中考虑了不同时钟配置下的内存配置值，这个的主要

目的是让不同时钟需求的客户都能找到合适自己的内存配置值。

（4）串口初始化：打印一个“O”

（5）返回前通过串口打印“K”

9、第二次设置栈（已经退出lowlevel_init）

（1）在调用lowlevel_init程序前设置过1次栈，那时候是因为DDR尚未初始化，因此程序执行都是在SRAM中，所以在SRAM中分配了一部分内存作为栈。本次因为DDR已经被初始化了，因此要把栈挪移到DDR 中，所以要重新设置栈。

（2）实际设置的栈的地址是33E00000，刚好在uboot的代码段的下面紧挨着。因为是满减栈，所以栈向下增长。注意uboot基地址在0x33e00000，向上增长。

（3）为什么要再次设置栈？DDR已经初始化了，已经有大片内存可以用了，没必要再把栈放在SRAM中可怜兮兮的了；原来SRAM中内存大小空间有限，栈放在那里要注意不能使用过多，否则栈会溢出，我们及时将栈迁移到DDR中也是为了尽可能避免栈使用时候的小心翼翼。

10、再次判断运行地址是在SRAM中还是DDR中

（1）上次判断是为了决定是否要执行初始化时钟和DDR的代码，本次判断是为了决定是否进行uboot的重定位。上图中最后一行代码如果不执行，则说明需要重定位。

●冷启动时，uboot的前一部分（16kb或者8kb）开机自动从SD卡加载到SRAM中运行，uboot的第二

部分（其实第二部分是整个uboot）还躺在SD卡的某个扇区开头的N个扇区中。此时uboot的第一阶段已经即将结束了（第一阶段该做的事基本做完了），结束之前要把第二部分加载到DDR中链接地址处（0x33e00000），这个加载过程就叫重定位。

（2）如下图：

●D0037488这个内存地址在SRAM中，这个地址中的值是被硬件自动设置的。硬件根据我们实际电路中

SD卡在哪个通道中，会将这个地址中的值设置为相应的数字。譬如我们从SD0通道启动时，这个值为EB000000；从SD2通道启动时，这个值为EB200000

●我们确定是从MMCSD启动（这里和6（4）一起看），因此最终跳转到mmcsd_boot函数中去执行重定

位动作，即把SD卡中相应的内容复制到内存中。

●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。此函数包

含copy_bl2(2, MOVI_BL2_POS, MOVI_BL2_BLKCNT,CFG_PHY_UBOOT_BASE, 0)函数；分析其参数，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）。

11、最后一段代码：

（1）作用是配置MMU、重新设置栈、清bss、跳转到start_armboot函数中去执行BL2阶段。

（2）MMU（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。

●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。

（3）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。

●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。

（4）清理bss：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。

（5）ldr pc, _start_armboot

●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。

●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。

●这里这个远跳转就是uboot第一阶段和第二阶段的分界线。