uboot启动流程之上电启动到第一次准备好C语言运行环境-白红宇

uboot启动流程之上电启动到第一次准备好C语言运行环境

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发布时间：2019-05-25

本文共 5636 字，大约阅读时间需要 18 分钟。

本文以ast2500evb板子为例来说明uboot的启动过程：

在uboot/Makefile中，我们知道uboot.bin依赖uboot, uboot是由各种*.o链接而成，使用的链接脚本为uboot/board/ast2500evb/u-boot.lds.

在uboot/board/ast2500evb/u-boot.lds定义了程序的入口_start, 且其地址为0x00000000.

Arm上电后，从reset vector address处取指令来run。

所以，当我们编出u-boot.bin文件时，需要将其烧写到flash的0地址处，且falsh要映射到arm的0地址处。从u-boot.lds的描述看，在flash 0地址处是符号_start.

这个_start定义可以由uboot/Makefile中的$(OBJS)来确定。

uboot/Makefile

其中$(CPUDIR)定义在uboot/config.mk中。

uboot/config.mk

$(ARCH), $(CPU)定义在由make xxx_config产生的uboot/include/config.mk中。

所以，对于ast2500evb板子来说，u-boot.bin的入口_start定义在uboot/arch/arm/cpu/arm1176/start.S

Start.S的入口符号_start，直接来个跳转指令.

程序直接跳转到reset处执行。(跳转指令后面的ldr指令是cpu要求的，加载异常处理程序的指令，如软中断，快速中断，中断等)

我们来看一下reset做什么了。

‘reset’ located the same file with ‘_start’(uboot/arch/arm/cpu/arm1176/start.S)

几个指令介绍下:

mrs, msr:

bic, orr:

‘reset’ 操作主要是修改cpsr的值。

150行加载cpsr寄存器的值到寄存器r0；

151行清除bit0-bit5；

152行设置M域为0b10011,即supervisor模式，设置I,F,T位，即disable中断，disable快速中断，设置ARM指令模式;

cpsr寄存器的结构如下:

配置完cpsr寄存器后，到cpu_init_crit:

从上述代码看，主要是配置协处理器，arm1176协处理器的作用如下:

178行，设置r0寄存器为0；

179行，使得I-cache和D-cache失效(也叫刷新I-cache和D-cache)；

180行，使得I-TLB和D-TLB失效(也叫刷新指令TLB和数据TLB)，TLB全称translation lookaside buffer.

处理完cache和TLB后，处理MMU：

185行，读取协处理器p15的控制寄存器c1。

p15协处理器c1寄存器结构：

186行，清除V,R,S位。

清除V位，表明异常向量基地址使用c12 secure or non-sercure vector base address register配置的基地址。

187行，清除C,A,M位，即，disable L1-D-cache, disable MMU。

188行，设置A位，即，使能alignment fault checking.

189行，设置I位，即使能L1 I-cache.

配置好协处理器p15的c1寄存器(控制寄存器域)数据后，跳转到mmu_disable。

201行，将前面的协处理器p15的c1寄存器(控制寄存器域)配置过的数据重新导入到协处理器p15的c1寄存器(控制寄存器域)，此时上面的对协处理器p15的c1寄存器(控制寄存器域)的设置就生效了，即disable了MMU, enable了L1 I-cache。

接下去，就到了237行了。

这里使用了bl指令来跳转到lowlevel_init处执行，bl和b指令的区别是，b指令是无条件跳转，即跳转后，不会回到b指令的下一条指令处；而bl指令使用了link register(r14)保存了bl指令下一条指令的地址，即当bl指令跳转后返回时，会执行bl指令的下一条指令，即 ‘bl _main’。

我们接着看lowlevel_init处代码：

结合uboot/Makefile我们知道lowlevel_init所在的文件：

uboot/Makefile:

uboot/arch/arm/cpu/arm1176/ast2500/Makefile

lowlevel_init在uboot/arch/arm/cpu/arm1176/ast2500/platform.S

294行，保存lr，即保存’b _main’指令地址到r4寄存器。

300-301行，伪指令，加载0x1e600000, 0xaeed1a03到寄存器r0和r1。

302行，将0x aeed1a03写到地址0x1e600000处。

这个0x1e600000地址是个什么东西？它是AHBC protection key register:

AHB(high performance bus)为系统总线，即ARM 连接使用的总线。

如上图AHBC00的描述，向AHBC00(0x1e600000, AHBC protection key register)写入0x aeed1a03就是设置unlocked.

305行，是向0x1e600084地址处(AHBC84: Interrupt Control/Status Register)写入0x00010000。

向AHBC84写入0x00010000，即向bit16 写入1，相当于清除该位，即清除总线锁中断状态。

308行，向0x1e600088地址处(AHBC88: AHB Bus Target Disable Control Register)写入0.

向AHBC88写入0，相当于disable上图显示的所有功能，比如，target SPI2/SPI3, VIC。即，此时，cpu不可通过总线访问这些。

类似地：

312行通过写0x1688a8a8到SCU(system control unit)寄存器SCU00(protection key register)

这里，就相当于配置unlock SCU registers.

318行，通过SCU70寄存器来检查eSPI(enhanced SPI)是否由flash attach.

319行，如果有flash attach, 即SCU70 bit26为1，则跳转到bypass_first_reset.

我们假定没有flash attach，接下去看代码：

0x1e785xxx为看门狗定时器寄存器基址。

0x1e785010为WDT10: WDT1 Timeout Status Register。

324行，判断到当前为止，是否发生过看门狗定时器发生过超时事件。没有，则跳转到start_first_reset.

start_first_reset第一个宏ASTMMC_INIT_RESET_MODE_FULL是没有定义的，我们直接看358开始的代码：

从357行开始到364行，都是在配置下面相关的寄存器：

基址0x1e78:7xxx和0x1e78:8xxx:

程序先配置virtual UART, virtual UART的功能描述如下:

我们来看一下代码怎么配置的：

361行配置FIFO Control Register为0b111, 即，reset VUART的FIFO.

接下去，配置VUART其他寄存器，直到配置PUART0x1e788000.

R2为0，这里就是disable UART的pass through.

接下去，配置PUART其他寄存器，直到LPC controller: 0x1e789000.

基址0x1e78:9xxx:

388行，对寄存器HICR2清零。

基址0x1e62:0xxx:

这个是配置firmwars SPI flash的，即ast2500evb存放uboot的flash。

基址0x1e78:5xxx:

517行，reset各种controller.

520行复位整个系统。

523行就是一直等待看门狗定时器超时后系统复位reset。复位之后，代码又从_start开始执行。

系统复位后，再次运行到lowlevel_init时：

这时，324行判断时，发现系统看门狗定时器发生过超时事件，故不跳转。程序就执行325行了。

325行之后，接着做一些配置，最终跳转到bypass_first_reset处执行。

我们接着看bypass_first_reset.

首先配置定时器。

这里写0XAE，即配置寄存器TMC38的bit0为1，即separate mode.

538行这里写TMC3C寄存器’1’。

结合533和538行可知，这里是将定时器的计数清零，并且disable掉。

547行，将定时器enable起来。

558行，设置dram初始化为SOC Firmware.

接下去，配置USB等，以及配置DDR内存。

Bypass_USB_init会向debug的UART口输出打印：DRAM Init-V

对于ddr4，再输出字符”4”

我们接着看DDR4。

0x1e6e0004为sdram的配置寄存器MCR04.

1168行设置MCR04为0x313, 即设置一次最大可写入的memory size为1G.

接下去配置内存的时序等信息。

配置完后，输出一个字符”0”

ASTMMC_DDR4_MANUAL_RPU没有使能，跳过这段。

如1315行的注释描述的程序后面最的事情，我们不详细看了，跳过。

程序运行轨迹: ddr_phy_init_process -> ddr_phy_init_success -> ddr4_phyinit_done -> Calibration_End

Calibration_End就是check一下DRAM size：

之后init DRAM cache.

Init DRAM cache后做一堆的check，然后跳转到set_scratch.

Set_scratch做一堆配置，比如MAC配置等，最后将之前保存的lr传给pc，这样pc就跑到了_main处了。

这个_main定义在哪里？我们来看uboot/Makefile

uboot/Makefile

uboot/arch/arm/lib/Makefile

故，_main为定义在uboot/arch/arm/lib/crt0.S中。

从注释来看，_main是要准备C语言运行环境的，即要设置好栈指针(SP).

83行配置了sp地址为CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR。

这个CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR在哪定义?

在crt0S的25行include了config.h, 这个config.h为uboot/include/config.h.

我们从Makefile中可知，头文件的搜索路径：

uboot/config.mk(被uboot/arch/arm/lib/Makefile包含)

uboot/include/config.h

在uboot/include/config.h的9行include了uboot/include/configs/ast2500evb.h.

uboot/include/configs/ast2500evb.h

在uboot/include/configs/ast2500evb的行9 include了configs/common.cfg.

在这个uboot/include/configs/common.cfg中定义了CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR。

上述定义中的CONFIG_SYS_SDRAM_BASE定义在uboot/include/configs/ast2500evb.h中，如下：

由上面的定义可知，这个板子的SDRAM在CPU的地址空间为基址0x80000000(2G), 当前阶段的栈指针为0x80000000 + 16K, 即此时栈的大小为16K. 2G之前是排给flash的(注意，这个CONFIG_SYS_SDRAM_BASE在uboot/include/configs/ast.cfg中也定义多了，但是被uboot/include/configs/ast2500evb.h覆盖)。

我们回到uboot/arch/arm/lib/crt0.S继续分析代码：