http://blog.csdn.net/ooonebook/article/details/53070065
以下例子都以project X项目tiny210（s5pv210平台,armv7架构）为例
[uboot] uboot流程系列：
[project X] tiny210(s5pv210)上电启动流程（BL0-BL2）
[project X] tiny210(s5pv210)从存储设备加载代码到DDR
[uboot] （第一章）uboot流程——概述
[uboot] （第二章）uboot流程——uboot-spl编译流程
[uboot] （第三章）uboot流程——uboot-spl代码流程
[uboot] （第四章）uboot流程——uboot编译流程
[uboot] （番外篇）global_data介绍
[uboot] （番外篇）uboot relocation介绍
建议先看《[project X] tiny210(s5pv210)上电启动流程（BL0-BL2）》，根据例子了解一下上电之后的BL0\BL1\BL2阶段，以及各个阶段的运行位置，功能。
建议可以和《[uboot] （番外篇）global_data介绍》和《[uboot] （番外篇）uboot relocation介绍》结合起来看。
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一、uboot说明
1、uboot要做的事情
CPU初始刚上电的状态。需要小心的设置好很多状态，包括cpu状态、中断状态、MMU状态等等。其次，就是要根据硬件资源进行板级的初始化，代码重定向等等。最后，就是进入命令行状态，等待处理命令。
在armv7架构的uboot，主要需要做如下事情
-
arch级的初始化
- 关闭中断，设置svc模式
- 禁用MMU、TLB
- 关键寄存器的设置，包括时钟、看门狗的寄存器
-
板级的初始化
- 堆栈环境的设置
- 代码重定向之前的板级初始化，包括串口、定时器、环境变量、I2C\SPI等等的初始化
- 进行代码重定向
- 代码重定向之后的板级初始化，包括板级代码中定义的初始化操作、emmc、nand flash、网络、中断等等的初始化。
- 进入命令行状态，等待终端输入命令以及对命令进行处理
上述工作，也就是uboot流程的核心。
2、疑问
-
在前面的文章中虽然已经说明了，在spl的阶段中已经对arch级进行了初始化了，为什么uboot里面还要对arch再初始化一遍？
回答：spl对于启动uboot来说并不是必须的，在某些情况下，上电之后uboot可能在ROM上或者flash上开始执行而并没有使用spl。这些都是取决于平台的启动机制。因此uboot并不会考虑spl是否已经对arch进行了初始化操作，uboot会完整的做一遍初始化动作，以保证cpu处于所要求的状态下。 -
和spl在启动过程的差异在哪里？
回答：以tiny210而言，前期arch的初始化流程基本上是一致的，出现本质区别的是在board_init_f开始的。- spl的board_init_f是由board自己实现相应的功能，例如tiny210则是在board/samsung/tiny210/board.c中。其主要实现了复制uboot到ddr中，并且跳转到uboot的对应位置上。一般spl在这里就可以完成自己的工作了。
- uboot的board_init_f是在common下实现的，其主要实现uboot relocate前的板级初始化以及relocate的区域规划，其还需要往下走其他初始化流程。
3、代码入口
project-X/u-boot/arch/arm/cpu/u-boot.lds
ENTRY(_start)- 1
- 1
所以uboot-spl的代码入口函数是_start
对应于路径project-X/u-boot/arch/arm/lib/vector.S的_start，后续就是从这个函数开始分析。
二、代码整体流程
1、首先看一下主枝干的流程（包含了arch级的初始化）
在arch级初始化是和spl完全一致的
_start———–>reset————–>关闭中断
………………………………|
………………………………———->cpu_init_cp15———–>关闭MMU,TLB
………………………………|
………………………………———->cpu_init_crit————->lowlevel_init————->关键寄存器的配置和初始化
………………………………|
………………………………———->_main————–>进入板级初始化，具体看下面
2、板级初始化的流程
_main————–>board_init_f_alloc_reserve —————>堆栈、GD、early malloc空间的分配
…………|
…………————->board_init_f_init_reserve —————>堆栈、GD、early malloc空间的初始化
…………|
…………————->board_init_f —————>uboot relocate前的板级初始化以及relocate的区域规划
…………|
…………————->relocate_code、relocate_vectors —————>进行uboot和异常中断向量表的重定向
…………|
…………————->旧堆栈的清空
…………|
…………————->board_init_r —————>uboot relocate后的板级初始化
…………|
…………————->run_main_loop —————>进入命令行状态，等待终端输入命令以及对命令进行处理
三、arch级初始化代码分析
1、_start
上述已经说明了_start是整个uboot的入口，其代码如下：
arch/arm/lib/vector.S
_start:
#ifdef CONFIG_SYS_DV_NOR_BOOT_CFG .word CONFIG_SYS_DV_NOR_BOOT_CFG #endif b reset会跳转到reset中。
2、reset
建议先参考[kernel 启动流程] （第二章）第一阶段之——设置SVC、关闭中断，了解一下为什么要设置SVC、关闭中断以及如何操作。
代码如下：
arch/arm/cpu/armv7/start.S
.globl reset
.globl save_boot_params_ret
reset:
/* Allow the board to save important registers */ b save_boot_params save_boot_params_ret: /* * disable interrupts (FIQ and IRQ), also set the cpu to SVC32 mode, * except if in HYP mode already */ mrs r0, cpsr and r1, r0, #0x1f @ mask mode bits teq r1, #0x1a @ test for HYP mode bicne r0, r0, #0x1f @ clear all mode bits orrne r0, r0, #0x13 @ set SVC mode orr r0, r0, #0xc0 @ disable FIQ and IRQ msr cpsr,r0 @@ 以上通过设置CPSR寄存器里设置CPU为SVC模式，禁止中断 @@ 具体操作可以参考《[kernel 启动流程] （第二章）第一阶段之——设置SVC、关闭中断》的分析 /* the mask ROM code should have PLL and others stable */ #ifndef CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT bl cpu_init_cp15 @@ 调用cpu_init_cp15，初始化协处理器CP15,从而禁用MMU和TLB。 @@ 后面会有一小节进行分析 bl cpu_init_crit @@ 调用cpu_init_crit，进行一些关键的初始化动作，也就是平台级和板级的初始化 @@ 后面会有一小节进行分析 #endif bl _main @@ 跳转到主函数，也就是板级初始化函数 @@ 下一节中进行说明。3、cpu_init_cp15
建议先参考[kernel 启动流程] （第六章）第一阶段之——打开MMU两篇文章的分析。
cpu_init_cp15主要用于对cp15协处理器进行初始化，其主要目的就是关闭其MMU和TLB。
代码如下(去掉无关部分的代码)：
arch/arm/cpu/armv7/start.S
ENTRY(cpu_init_cp15)
/* * Invalidate L1 I/D */ mov r0, #0 @ set up for MCR mcr p15, 0, r0, c8, c7, 0 @ invalidate TLBs mcr p15, 0, r0, c7, c5, 0 @ invalidate icache mcr p15, 0, r0, c7, c5, 6 @ invalidate BP array mcr p15, 0, r0, c7, c10, 4 @ DSB mcr p15, 0, r0, c7, c5, 4 @ ISB @@ 这里只需要知道是对CP15处理器的部分寄存器清零即可。 @@ 将协处理器的c7\c8清零等等，各个寄存器的含义请参考《ARM的CP15协处理器的寄存器》 /* * disable MMU stuff and caches */ mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0 bic r0, r0, #0x00002000 @ clear bits 13 (--V-) bic r0, r0, #0x00000007 @ clear bits 2:0 (-CAM) orr r0, r0, #0x00000002 @ set bit 1 (--A-) Align orr r0, r0, #0x00000800 @ set bit 11 (Z---) BTB #ifdef CONFIG_SYS_ICACHE_OFF bic r0, r0, #0x00001000 @ clear bit 12 (I) I-cache #else orr r0, r0, #0x00001000 @ set bit 12 (I) I-cache #endif mcr p15, 0, r0, c1, c0, 0 @@ 通过上述的文章的介绍，我们可以知道cp15的c1寄存器就是MMU控制器 @@ 上述对MMU的一些位进行清零和置位，达到关闭MMU和cache的目的，具体的话去看一下上述文章吧。 ENDPROC(cpu_init_cp15)4、cpu_init_crit
cpu_init_crit，进行一些关键寄存器的初始化动。其代码核心就是lowlevel_init，如下
arch/arm/cpu/armv7/start.S
ENTRY(cpu_init_crit)
/* * Jump to board specific initialization... * The Mask ROM will have already initialized * basic memory. Go here to bump up clock rate and handle * wake up conditions. */ b lowlevel_init @ go setup pll,mux,memory ENDPROC(cpu_init_crit)所以说lowlevel_init就是这个函数的核心。
lowlevel_init一般是由板级代码自己实现的。但是对于某些平台来说，也可以使用通用的lowlevel_init，其定义在arch/arm/cpu/lowlevel_init.S中
以tiny210为例，在移植tiny210的过程中，就需要在board/samsung/tiny210下，也就是板级目录下面创建lowlevel_init.S，在内部实现lowlevel_init。（其实只要实现了lowlevel_init了就好，没必要说在哪里是实现，但是通常规范都是创建了lowlevel_init.S来专门实现lowlevel_init函数）。
在lowlevel_init中，我们要实现如下：
- 检查一些复位状态
- 关闭看门狗
- 系统时钟的初始化
- 内存、DDR的初始化
- 串口初始化（可选）
- Nand flash的初始化
下面以tiny210的lowlevel_init为例（这里说明一下，当时移植tiny210的时候，是直接把kangear的这个lowlevel_init.S文件拿过来用的）
这部分代码和平台相关性很强，简单介绍一下即可
board/samsung/tiny210/lowlevel_init.S
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 @@ 读取复位状态寄存器0xE010_a000的值，判断复位状态。 /* 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] @@ 读取混合状态寄存器E010_e000的值，对其中的某些位进行置位，复位后需要对某些wakeup位置1，具体我也没搞懂。 /* Disable Watchdog */ ldr r0, =ELFIN_WATCHDOG_BASE /* 0xE2700000 */ mov r1, #0 str r1, [r0] @@ 关闭看门狗 @@ 这里忽略掉一部分对外部SROM操作的代码 /* 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, =0x00ffffff 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 */ @@ 判断是否已经在SDRAM上运行了，如果是的话，就跳过以下两个对ddr初始化的步骤 @@ 判断方法如下： @@ 1、获取当前pc指针的地址，屏蔽其低24bit，存放与r1中 @@ 2、获取_TEXT_BASE（CONFIG_SYS_TEXT_BASE）地址，也就是uboot代码段的链接地址，后续在uboot篇的时候会说明，并屏蔽其低24bit @@ 3、如果相等的话，就跳过DDR初始化的部分 /* init system clock */ bl system_clock_init @@ 初始化系统时钟，后续有时间再研究一下具体怎么配置的 /* Memory initialize */ bl mem_ctrl_asm_init @@ 重点注意：在这里初始化DDR的！！！后续会写一篇文章说明一下s5pv210平台如何初始化DDR. @@ 其实，在tiny210的项目中，已经在spl里面对ddr初始化了一遍，这里还是又重新初始化了一遍，从实际测试结果来看，并不影响正常的使用。 1: /* for UART */ bl uart_asm_init @@ 串口初始化，到这里串口会打印出一个'O'字符，后续通过写字符到UTXH_OFFSET寄存器中，就可以在串口上输出相应的字符。 bl tzpc_init #if defined(CONFIG_NAND) /* simple init for NAND */ bl nand_asm_init @@ 简单地初始化一下NAND flash，有可能BL2的镜像是在nand flash上面的。 #endif /* Print 'K' */ ldr r0, =ELFIN_UART_CONSOLE_BASE ldr r1, =0x4b4b4b4b str r1, [r0, #UTXH_OFFSET] @@ 再串口上打印‘K’字符，表示lowlevel_init已经完成 pop {pc} @@ 弹出PC指针，即返回。当串口中打印出‘OK’的字符的时候，说明lowlevel_init已经执行完成。
三、板级初始化代码分析
1、_main
板级初始化代码的入口就是_main。从这里开始分析。
建议可以和《[uboot] （番外篇）global_data介绍》和《[uboot] （番外篇）uboot relocation介绍》结合起来看。
代码如下，去除无关代码部分
arch/arm/lib/crt0.S
ENTRY(_main)
/* * Set up initial C runtime environment and call board_init_f(0). */ ldr sp, =(CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR) bic sp, sp, #7 /* 8-byte alignment for ABI compliance */ mov r0, sp bl board_init_f_alloc_reserve mov sp, r0 /* set up gd here, outside any C code */ mov r9, r0 bl board_init_f_init_reserve @@ 以上是堆栈、GD、early malloc空间的分配，具体参考《[uboot] （番外篇）global_data介绍》 mov r0, #0 bl board_init_f @@ uboot relocate前的板级初始化以及relocate的区域规划，后续小节继续说明 @@ 其中relocate区域规划也可以参考一下《[uboot] （番外篇）uboot relocation介绍》 /* * Set up intermediate environment (new sp and gd) and call * relocate_code(addr_moni). Trick here is that we'll return * 'here' but relocated. */ ldr sp, [r9, #GD_START_ADDR_SP] /* sp = gd->start_addr_sp */ bic sp, sp, #7 /* 8-byte alignment for ABI compliance */ ldr r9, [r9, #GD_BD] /* r9 = gd->bd */ sub r9, r9, #GD_SIZE /* new GD is below bd */ adr lr, here ldr r0, [r9, #GD_RELOC_OFF] /* r0 = gd->reloc_off */ add lr, lr, r0 ldr r0, [r9, #GD_RELOCADDR] /* r0 = gd->relocaddr */ b relocate_code here: /* * now relocate vectors */ bl relocate_vectors @@ GD、uboot、异常中断向量表的relocate，可以参考《[uboot] （番外篇）uboot relocation介绍》，这里不详细说明 /* Set up final (full) environment */ bl c_runtime_cpu_setup /* we still call old routine here */ @@ 通过操作协处理器的c7寄存器来关闭Icache ldr r0, =__bss_start /* this is auto-relocated! */ ldr r3, =__bss_end /* this is auto-relocated! */ mov r1, #0x00000000 /* prepare zero to clear BSS */ subs r2, r3, r0 /* r2 = memset len */ bl memset @@ 因为堆栈段已经被relocate，所以这里需要清空原来的堆栈段的内容 bl coloured_LED_init bl red_led_on @@ LED灯的初始化，可以不实现，想要实现的话，可以在board里重新实现一个函数定义。 /* call board_init_r(gd_t *id, ulong dest_addr) */ mov r0, r9 /* gd_t */ ldr r1, [r9, #GD_RELOCADDR] /* dest_addr */ /* call board_init_r */ ldr pc, =board_init_r /* this is auto-relocated! */ /* we should not return here. */ @@ uboot relocate后的板级初始化，注意，uboot必须在这里就完成工作，或者在里面实现死循环，不应该返回。 ENDPROC(_main)通过上述，有两个很重要的初始化函数，board_init_f和board_init_r，后续继续说明。
2、board_init_f
代码如下：
common/board_f.c
void board_init_f(ulong boot_flags) { gd->flags = boot_flags; gd->have_console = 0; // 设置global_data里面的一些标志位 if (initcall_run_list(init_sequence_f)) hang(); // 调用initcall_run_list依次执行init_sequence_f函数数组里面的函数，initcall_run_list这里不深究 // 一旦init_sequence_f的函数出错，会导致initcall_run_list返回不为0，而从卡掉 }打开DEBUG宏之后，可以通过log观察哪些init函数被调用，如下log：
uboot log中有如下log：
initcall: 23e005a4 根据u-boot.map可以发现对应 .text.print_cpuinfo 0x23e005a4 0x8 arch/arm/cpu/armv7/built-in.o 0x23e005a4 print_cpuinfo 也就是说print_cpuinfo被initcall调用了。所以uboot relocate之前的板级初始化的核心就是init_sequence_f中定义的函数了。
如下，这里只做简单的说明，需要的时候再具体分析：
static init_fnc_t init_sequence_f[] = { setup_mon_len, // 计算整个镜像的长度gd->mon_len initf_malloc, // early malloc的内存池的设定 initf_console_record, // console的log的缓存 arch_cpu_init, /* basic arch cpu dependent setup */ // cpu的一些特殊的初始化 initf_dm, arch_cpu_init_dm, mark_bootstage, /* need timer, go after init dm */ /* TODO: can any of this go into arch_cpu_init()? */ env_init, /* initialize environment */ // 环境变量的初始化，后续会专门研究一下关于环境变量的内容 init_baud_rate, /* initialze baudrate settings */ // 波特率的初始化 serial_init, /* serial communications setup */ // 串口的初始化 console_init_f, /* stage 1 init of console */ // console的初始化 print_cpuinfo, /* display cpu info (and speed) */ // 打印CPU的信息 init_func_i2c, init_func_spi, // i2c和spi的初始化 dram_init, /* configure available RAM banks */ // ddr的初始化，最重要的是ddr ram size的设置！！！！gd->ram_size // 如果说uboot是在ROM、flash中运行的话，那么这里就必须要对DDR进行初始化 //======================================== setup_dest_addr, reserve_round_4k, reserve_trace, setup_machine, reserve_global_data, reserve_fdt, reserve_arch, reserve_stacks, // ==以上部分是对relocate区域的规划，具体参考《[uboot] （番外篇）uboot relocation介绍》 setup_dram_config, show_dram_config, display_new_sp, reloc_fdt, setup_reloc, // relocation之后gd一些成员的设置 NULL, };注意，必须保证上述的函数都正确地返回0值，否则会导致hang。
3、board_init_r
代码如下：
common/board_r.c
void board_init_r(gd_t *new_gd, ulong dest_addr) { if (initcall_run_list(init_sequence_r)) hang(); // 调用initcall_run_list依次执行init_sequence_r函数数组里面的函数，initcall_run_list这里不深究 // 一旦init_sequence_r的函数出错，会导致initcall_run_list返回不为0，而从卡掉 /* NOTREACHED - run_main_loop() does not return */ hang(); // uboot要求在这个函数里面终止一切工作，或者进入死循环，一旦试图返回，则直接hang。 }所以uboot relocate之前的板级初始化的核心就是init_sequence_r中定义的函数了。
如下，这里只做简单的说明，需要的时候再具体分析：
common/board_r.c
init_fnc_t init_sequence_r[] = {
initr_trace,
// trace相关的初始化 initr_reloc, // gd中一些关于relocate的标识的设置 initr_reloc_global_data, // relocate之后，gd中一些的成员的重新设置 initr_malloc, // malloc内存池的设置 initr_console_record, bootstage_relocate, initr_bootstage, #if defined(CONFIG_ARM) || defined(CONFIG_NDS32) board_init, /* Setup chipselects */ // 板级自己需要的特殊的初始化函数，如board/samsung/tiny210/board.c中定义了board_init这个函数 #endif stdio_init_tables, initr_serial, // 串口初始化 initr_announce, // 打印uboot运行位置的log initr_logbuffer, // logbuffer的初始化 power_init_board, #ifdef CONFIG_CMD_NAND initr_nand, // 如果使用nand flash，那么这里需要对nand进行初始化 #endif #ifdef CONFIG_GENERIC_MMC initr_mmc, // 如果使用emmc，那么这里需要对nand进行初始化 #endif initr_env, // 初始化环境变量 initr_secondary_cpu, stdio_add_devices, initr_jumptable, console_init_r, /* fully init console as a device */ interrupt_init, // 初始化中断 #if defined(CONFIG_ARM) || defined(CONFIG_AVR32) initr_enable_interrupts, // 使能中断 #endif run_main_loop, // 进入一个死循环，在死循环里面处理终端命令。 };最终，uboot运行到了run_main_loop，并且在run_main_loop进入命令行状态，等待终端输入命令以及对命令进行处理。
到此，uboot流程也就完成了，后续会专门说明uboot的run_main_loop是怎么运行的。