Linux系统移植之Uboot启动流程

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：

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。

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。