U-boot启动流程

1.1U-Boot工作过程U-Boot启动内核的过程可以分为两个阶段，两个阶段的功能如下：（1）第一阶段的功能硬件设备初始化加载U-Boot第二阶段代码到RAM空间设置好栈跳转到第二阶段代码入口（2）第二阶段的功能初始化本阶段使用的硬件设备检测系统内存映射将内核从Flash读取到RAM中为内核设置启动参数调用内核1.1.1U-Boot启动第一阶段代码分析第一阶段对应的文件是cpu/arm920t/start.S和board/samsung/mini2440/lowlevel_init.S。U-Boot启动第一阶段流程如下：图2.1U-Boot启动第一阶段流程根据cpu/arm920t/u-boot.lds中指定的连接方式：ENTRY(_start)SECTIONS{.=0x00000000;.=ALIGN(4);.text:{cpu/arm920t/start.o(.text)board/samsung/mini2440/lowlevel_init.o(.text)board/samsung/mini2440/nand_read.o(.text)*(.text)}……}第一个链接的是cpu/arm920t/start.o，因此u-boot.bin的入口代码在cpu/arm920t/start.o中，其源代码在cpu/arm920t/start.S中。下面我们来分析cpu/arm920t/start.S的执行。1.硬件设备初始化（1）设置异常向量cpu/arm920t/start.S开头有如下的代码：.globl_start_start:bstart_code/*复位*/ldrpc,_undefined_instruction/*未定义指令向量*/ldrpc,_software_interrupt/*软件中断向量*/ldrpc,_prefetch_abort/*预取指令异常向量*/ldrpc,_data_abort/*数据操作异常向量*/ldrpc,_not_used/*未使用*/ldrpc,_irq/*irq中断向量*/ldrpc,_fiq/*fiq中断向量*//*中断向量表入口地址*/_undefined_instruction:.wordundefined_instruction_software_interrupt:.wordsoftware_interrupt_prefetch_abort:.wordprefetch_abort_data_abort:.worddata_abort_not_used:.wordnot_used_irq:.wordirq_fiq:.wordfiq.balignl16,0xdeadbeef以上代码设置了ARM异常向量表，各个异常向量介绍如下：表2.1ARM异常向量表地址异常进入模式描述0x00000000复位管理模式复位电平有效时，产生复位异常，程序跳转到复位处理程序处执行0x00000004未定义指令未定义模式遇到不能处理的指令时，产生未定义指令异常0x00000008软件中断管理模式执行SWI指令产生，用于用户模式下的程序调用特权操作指令0x0000000c预存指令中止模式处理器预取指令的地址不存在，或该地址不允许当前指令访问，产生指令预取中止异常0x00000010数据操作中止模式处理器数据访问指令的地址不存在，或该地址不允许当前指令访问时，产生数据中止异常0x00000014未使用未使用未使用0x00000018IRQIRQ外部中断请求有效，且CPSR中的I位为0时，产生IRQ异常0x0000001cFIQFIQ快速中断请求引脚有效，且CPSR中的F位为0时，产生FIQ异常在cpu/arm920t/start.S中还有这些异常对应的异常处理程序。当一个异常产生时，CPU根据异常号在异常向量表中找到对应的异常向量，然后执行异常向量处的跳转指令，CPU就跳转到对应的异常处理程序执行。其中复位异常向量的指令“bstart_code”决定了U-Boot启动后将自动跳转到标号“start_code”处执行。（2）CPU进入SVC模式start_code:/**setthecputoSVC32mode*/mrsr0,cpsrbicr0,r0,#0x1f/*工作模式位清零*/orrr0,r0,#0xd3/*工作模式位设置为“10011”（管理模式），并将中断禁止位和快中断禁止位置1*/msrcpsr,r0以上代码将CPU的工作模式位设置为管理模式，并将中断禁止位和快中断禁止位置一，从而屏蔽了IRQ和FIQ中断。（3）设置控制寄存器地址#ifdefined(CONFIG_S3C2400)#definepWTCON0x15300000#defineINTMSK0x14400008#defineCLKDIVN0x14800014#else/*s3c2410与s3c2440下面4个寄存器地址相同*/#definepWTCON0x53000000/*WATCHDOG控制寄存器地址*/#defineINTMSK0x4A000008/*INTMSK寄存器地址*/#defineINTSUBMSK0x4A00001C/*INTSUBMSK寄存器地址*/#defineCLKDIVN0x4C000014/*CLKDIVN寄存器地址*/#endif对与s3c2440开发板，以上代码完成了WATCHDOG，INTMSK，INTSUBMSK，CLKDIVN四个寄存器的地址的设置。各个寄存器地址参见参考文献[4]。（4）关闭看门狗ldrr0,=pWTCONmovr1,#0x0strr1,[r0]/*看门狗控制器的最低位为0时，看门狗不输出复位信号*/以上代码向看门狗控制寄存器写入0，关闭看门狗。否则在U-Boot启动过程中，CPU将不断重启。（5）屏蔽中断/**maskallIRQsbysettingallbitsintheINTMR-default*/movr1,#0xffffffff/*某位被置1则对应的中断被屏蔽*/ldrr0,=INTMSKstrr1,[r0]INTMSK是主中断屏蔽寄存器，每一位对应SRCPND（中断源引脚寄存器）中的一位，表明SRCPND相应位代表的中断请求是否被CPU所处理。根据参考文献4，INTMSK寄存器是一个32位的寄存器，每位对应一个中断，向其中写入0xffffffff就将INTMSK寄存器全部位置一，从而屏蔽对应的中断。#ifdefined(CONFIG_S3C2440)ldrr1,=0x7fffldrr0,=INTSUBMSKstrr1,[r0]#endifINTSUBMSK每一位对应SUBSRCPND中的一位，表明SUBSRCPND相应位代表的中断请求是否被CPU所处理。根据参考文献4，INTSUBMSK寄存器是一个32位的寄存器，但是只使用了低15位。向其中写入0x7fff就是将INTSUBMSK寄存器全部有效位（低15位）置一，从而屏蔽对应的中断。（6）设置MPLLCON,UPLLCON,CLKDIVN#ifdefined(CONFIG_S3C2440)#defineMPLLCON0x4C000004#defineUPLLCON0x4C000008ldrr0,=CLKDIVNmovr1,#5strr1,[r0]ldrr0,=MPLLCONldrr1,=0x7F021strr1,[r0]ldrr0,=UPLLCONldrr1,=0x38022strr1,[r0]#else/*FCLK:HCLK:PCLK=1:2:4*//*defaultFCLKis120MHz!*/ldrr0,=CLKDIVNmovr1,#3strr1,[r0]#endifCPU上电几毫秒后，晶振输出稳定，FCLK=Fin（晶振频率），CPU开始执行指令。但实际上，FCLK可以高于Fin，为了提高系统时钟，需要用软件来启用PLL。这就需要设置CLKDIVN，MPLLCON，UPLLCON这3个寄存器。CLKDIVN寄存器用于设置FCLK，HCLK，PCLK三者间的比例，可以根据表2.2来设置。表2.2S3C2440的CLKDIVN寄存器格式CLKDIVN位说明初始值HDIVN[2:1]00:HCLK=FCLK/1.01:HCLK=FCLK/2.10:HCLK=FCLK/4（当CAMDIVN[9]=0时）HCLK=FCLK/8（当CAMDIVN[9]=1时）11:HCLK=FCLK/3（当CAMDIVN[8]=0时）HCLK=FCLK/6（当CAMDIVN[8]=1时）00PDIVN[0]0:PCLK=HCLK/11:PCLK=HCLK/20设置CLKDIVN为5，就将HDIVN设置为二进制的10，由于CAMDIVN[9]没有被改变过，取默认值0，因此HCLK=FCLK/4。PDIVN被设置为1，因此PCLK=HCLK/2。因此分频比FCLK:HCLK:PCLK=1:4:8。MPLLCON寄存器用于设置FCLK与Fin的倍数。MPLLCON的位[19:12]称为MDIV，位[9:4]称为PDIV，位[1:0]称为SDIV。对于S3C2440，FCLK与Fin的关系如下面公式：MPLL(FCLK)=(2×m×Fin)/(p×)其中：m=MDIC+8，p=PDIV+2，s=SDIVMPLLCON与UPLLCON的值可以根据参考文献4中“PLLVALUESELECTIONTABLE”设置。该表部分摘录如下：表2.3推荐PLL值输入频率输出频率MDIVPDIVSDIV12.0000MHz48.00MHz56(0x38)2212.0000MHz405.00MHz127(0x7f)21当mini2440系统主频设置为405MHZ，USB时钟频率设置为48MHZ时，系统可以稳定运行，因此设置MPLLCON与UPLLCON为：MPLLCON=(0x7f12)|(0x024)|(0x01)=0x7f021UPLLCON=(0x3812)|(0x024)|(0x02)=0x38022（7）关闭MMU，cache接着往下看：#ifndefCONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INITblcpu_init_crit#endifcpu_init_crit这段代码在U-Boot正常启动时才需要执行，若将U-Boot从RAM中启动则应该注释掉这段代码。下面分析一下cpu_init_crit到底做了什么：320#ifndefCONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT321cpu_init_crit:322/*323*使数据cache与指令cache无效*/324*/325movr0,#0326mcrp15,0,r0,c7,c7,0/*向c7写入0将使ICache与DCache无效*/327mcrp15,0,r0,c8,c7,0/*向c8写入0将使TLB失效*/328329/*330*disableMMUstuffandcaches331*/332mrcp15,0,r0,c1,c0,0/*读出控制寄存器到r0中*/333bicr0,r0,#0x00002300@clearbits13,9:8(--V---RS)334bicr0,r0,#0x00000087@clearbits7,2:0(B----CAM)335orrr0,r0,#0x00000002@setbit2(A)Align336orrr0,r0,#0x00001000@setbit12(I)I-Cache337mcrp15,0,r0,c1,c0,0/*保存r0到控制寄存器*/338339/*340*beforerelocating,wehavetosetupRAMtiming341*becausememorytimingisboard-dependend,youwill342*findalowlevel_init.Sinyourboarddirectory.343*/344movip,lr345346bllowlevel_in