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Linux系统移植之Uboot启动流程

Linux系统移植之Uboot启动流程

  • 一,Uboot启动流程
    • 1.Uboot的两阶段
      • 1.1.第一阶段
        • 1.11.硬件初始化
        • 1.12.复制 U-Boot 到 RAM
        • 1.13.跳转到第二阶段
      • 1.2.第二阶段
        • 1.21.C 语言环境初始化
        • 1.22. 硬件设备初始化
        • 1.23. 加载环境变量
        • 1.24. 显示启动信息
        • 1.25. 等待用户输入(可选)
        • 1.26. 加载内核并启动
  • 二,相关文件
    • 1.u-boot.lds
    • 2.BSS段

一,Uboot启动流程

1.Uboot的两阶段

第一阶段初始化硬件,采用的汇编语言。
第二阶段更为复杂的初始化和内核加载,采用C语言。

1.1.第一阶段

uboot启动,先找到入口(第一行程序),通过链接脚本u-boot.lds找到程序的入口地址,即文件中的_start,如下:
在这里插入图片描述
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1.11.硬件初始化
  • 关中断:在启动过程中,为了避免中断干扰初始化流程,首先会关闭所有中断。例如,在 ARM 架构中,通过设置 CPSR(当前程序状态寄存器)的相应位来禁止 IRQ(外部中断请求)和 FIQ(快速中断请求)。比如在_start的54行,跳转到reset函数中,reset函数会设置CPU处于SVC2模式,并且关闭FIQ和IRQ中断,用的是汇编语言。
  • 初始化时钟:配置系统时钟,确保各个硬件模块能够以正确的频率运行。这可能涉及到设置 PLL(锁相环)等时钟源,以提供稳定的时钟信号。
  • 初始化存储控制器:对内存控制器、Flash 控制器等进行初始化,以便后续能够正确访问内存和存储设备。例如,设置内存的时序参数、片选信号等。
  • 初始化栈指针:为后续执行 C 代码准备栈空间,设置栈指针(SP)指向合适的内存地址。
1.12.复制 U-Boot 到 RAM

由于 Flash 等存储设备的读写速度较慢,为了提高程序的执行效率,通常会将 U-Boot 的第二阶段代码从 Flash 复制到 RAM 中执行。复制的起始地址和长度需要根据具体的硬件和 U-Boot 配置来确定。

1.13.跳转到第二阶段

在完成硬件初始化和代码复制后,程序会跳转到 U-Boot 第二阶段的入口点,开始执行 C 代码。

1.2.第二阶段

1.21.C 语言环境初始化
  • 初始化全局变量:对 C 语言中的全局变量进行初始化,确保它们具有正确的初始值。
  • 初始化堆:为动态内存分配(如 malloc 函数)初始化堆空间。
1.22. 硬件设备初始化
  • 初始化串口:配置串口通信参数,以便在启动过程中可以通过串口输出调试信息,方便开发人员进行调试和监控。
  • 初始化网络设备:如果系统支持网络功能,会对网络设备进行初始化,包括设置 MAC 地址、配置网络接口等。
  • 初始化其他设备:根据具体的硬件平台和应用需求,还可能对其他设备进行初始化,如 USB 设备、LCD 显示屏等。
1.23. 加载环境变量

U-Boot 支持环境变量的功能,这些环境变量可以用于配置 U-Boot 的行为和内核的启动参数。在启动过程中,U-Boot 会从存储设备(如 Flash)中加载预先保存的环境变量。

1.24. 显示启动信息

通过串口或其他输出设备,显示 U-Boot 的版本信息、硬件平台信息等启动信息,让用户了解系统的基本情况。

1.25. 等待用户输入(可选)

在某些情况下,U-Boot 会在启动过程中等待用户输入。例如,用户可以按下特定的按键进入 U-Boot 的命令行界面,进行一些手动配置和操作。

1.26. 加载内核并启动

根据环境变量中配置的内核加载地址和方式,U-Boot 会从存储设备(如 SD 卡、NAND Flash 等)或网络中加载操作系统内核到内存中。
U-Boot 会将一些必要的参数(如内核命令行参数、设备树等)传递给内核,并跳转到内核的入口点,将控制权交给内核,从而启动操作系统。bootz命令执行do_bootz函数,设置linux系统在DRAM中的存储位置0x80800000,设备树在DRAM中的存储地址0x83000000,最终由do_bootm_linux启动linux内核参数,起始地址保存linux内核第一行代码(汇编),就是函数kernel_entry(内核入口点),这个函数有三个参数,zero,arch,params,第一个参数zero为0,第二个参数为机器ID,第三个用于传递设备树。
在这里插入图片描述

二,相关文件

1.u-boot.lds

u-boot.lds即链接脚本:指导链接器如何进行内存分配和符号解析的文件。在uboot程序编译和链接时,编译器将代码源文件编译成.o的目标文件,这些文件包含了代码和数据,但是其地址是相对的,链接器就是将多个目标文件合并成一个可执行文件,为代码段,数据段和bss段分配实际的内存地址,链接脚本就是对其进行指导。

2.BSS段

程序内用于存放未初始化的全局变量和静态变量的一段区域。在编译器编译和链接过程中,将程序的不同部分分到不同段中,对于BSS段部分的内容,执行前会初始化为0(数据)活着空指针,好处就是节省执行文件的空间。具体生成这个BSS段:编译器在编译源文件时,会识别未初始化的全局变量和静态变量,将其标记为BSS类型,编译多个文件,会将所有BSS类型的变量合并到一个BSS段中,记录该段的起始地址和大小。

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