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，這種區別僅對於開發人 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，而並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，整個過程並沒有用戶的介入。這種模式是 Boot Loader 的正常工作模式，因此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 Loader 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。工作於這種模式下的 Boot Loader 通常都會向它的終端用戶提供一個簡單的命令 行接口。
UBoot 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行
切換。
大多數 bootloader 都分為階段 1(stage1)和階段 2(stage2)兩大部分，uboot 也不例外。依賴於 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。
階段 1 介紹
uboot 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：
定義入口
由於一個可執行的 Image 必須有一個入口點，並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。
- board/crane2410/uboot.lds: ENTRY(_start) ==> cpu/arm920t/start.S: .globl _start
- uboot 代碼區（TEXT_BASE = 0x33F80000）定義在 board/crane2410/config.mk
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，執行 cpu/arm920t/interrupts.c 中定義的中斷處理函數。
設置 CPU 的模式為 SVC 模式
mrs r0,cpsr
bic r0,r0,#0x1f
orr r0,r0,#0xd3
msr cpsr,r0
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]
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]
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]
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
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 UBOOT 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
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 */
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
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
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 uboot(armboot）的主函數，該函數主要完成如下操作：
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, /* 控制台初始化第一階段 */ 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();
- LCD 初始化 drv_lcd_init();
- 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();
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;
}
}
進入主 UBOOT 命令行
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 */
}
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”然后開始執行起動代碼。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
- 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，然后開始執行起動代碼。
3. 硬件 ECC 檢測模塊（硬件檢測，軟件糾正）
4. “Steppingstone” 4KB 內部 SRAM 在起動后可以另外使用。