U-Boot启动过程完全分析

看完《Uboot中start.S源码的指令级的详尽解析_v1.6》，《U-Boot启动过程完全分析》，《lowlevel_Uboot启动分析笔记-----Stage1(start.S与lowlevel_init.S详解)》这三篇文章，再参考下《嵌入式Linux应用开发完全手册》（韦东山著），你将会对ARM系统结构及U-boot移植有一个清晰的框架。 ### U-Boot启动过程完全分析 #### U-Boot工作过程概览 U-Boot作为一款广泛应用于嵌入式系统的引导加载程序，在启动过程中扮演着关键角色。它主要负责硬件初始化、加载操作系统内核以及传递必要的启动参数等工作。U-Boot的启动过程大致可以分为两个阶段： 1. **第一阶段**：此阶段主要负责硬件设备的基本初始化，包括但不限于设置异常向量、配置寄存器等。完成这些基础任务之后，第一阶段会将U-Boot的第二阶段代码加载到RAM中并设置好栈，最后跳转到第二阶段的代码入口处继续执行。 2. **第二阶段**：这一阶段则进一步初始化所需的硬件资源，检测系统内存映射情况，从非易失性存储器（通常是Flash）中读取操作系统内核到RAM中，并为内核设置启动参数，最终调用内核启动操作系统。 #### 第一阶段代码分析 ##### 文件结构 U-Boot的第一阶段主要涉及两个文件：`cpu/arm920t/start.S` 和 `board/samsung/mini2440/lowlevel_init.S`。这两部分代码紧密相连，共同完成了U-Boot启动初期的任务。 ##### 硬件设备初始化 - **设置异常向量** - 在 `cpu/arm920t/start.S` 的开头，我们可以看到一系列设置异常向量的代码。这些异常向量表对应了不同类型的异常事件及其处理程序的地址。例如，复位异常向量指向 `_start` 标签处的 `start_code` 函数，未定义指令异常向量指向 `_undefined_instruction` 等。 - 异常向量表包括但不限于： - 复位异常 (地址：0x00000000)：当系统上电复位时，CPU会跳转至复位处理程序执行。 - 未定义指令异常 (地址：0x00000004)：遇到无法处理的指令时触发。 - 软件中断 (地址：0x00000008)：通过 SWI 指令触发，主要用于用户模式下的程序调用特权操作指令。 - 预取指令异常 (地址：0x0000000c)：当处理器试图从无效地址获取指令时触发。 - 数据操作异常 (地址：0x00000010)：当处理器试图访问无效地址的数据时触发。 - IRQ 中断 (地址：0x00000018)：外部中断请求有效时触发。 - FIQ 中断 (地址：0x0000001c)：快速中断请求有效时触发。 - **CPU进入SVC模式** - 在 `start_code` 函数中，我们可以通过一系列指令实现将 CPU 工作模式切换至 SVC 模式（即管理模式）。具体的步骤如下： - 使用 `mrs r0, cpsr` 获取当前的程序状态寄存器值到寄存器 r0。 - 使用 `bic r0, r0, #0x1f` 清除工作模式位。 - 使用 `orr r0, r0, #0xd3` 设置工作模式位为 “10011”，即 SVC 模式，并确保中断被禁止。 - 最后使用 `msr cpsr, r0` 将新的 CPSR 值写回寄存器。 #### 第二阶段功能概述 在第一阶段成功执行后，U-Boot会进入第二阶段。第二阶段的主要任务包括： 1. **初始化硬件资源**：进一步初始化那些在第一阶段没有被初始化的硬件设备。 2. **检测系统内存映射**：确定可用的内存范围及其属性，这对于后续的操作至关重要。 3. **读取内核到RAM**：将内核从 Flash 存储器复制到 RAM 中。 4. **设置启动参数**：为内核设置必要的启动参数，比如内存大小、启动命令行等。 5. **调用内核**：启动操作系统内核。 通过以上分析可以看出，U-Boot的启动过程是高度模块化和分阶段进行的，每一步都经过精心设计以确保整个过程的稳定性和可靠性。理解这些细节对于深入掌握U-Boot的内部机制及其在嵌入式系统中的应用至关重要。