原來Uboot是這樣啟動的！

同大多數(shù)的Bootloader一樣，uboot的啟動過程也分為BL1、BL2兩個階段，分別對應(yīng)著SPL和Uboot。

• SPL（BL1階段）：負(fù)責(zé)開發(fā)板的基礎(chǔ)配置和設(shè)備初始化，并且搬運(yùn)Uboot到內(nèi)存中，由匯編代碼和少量的C語言實(shí)現(xiàn)

• Uboot（BL2階段）：主要負(fù)責(zé)初始化外部設(shè)備，引導(dǎo)Kernel啟動，由純C語言實(shí)現(xiàn)。

我們這篇文章，主要介紹Uboot（BL2階段）的啟動流程，BL1階段啟動流程的詳細(xì)分析，可以見我的后續(xù)文章。想要深入了解的，可以好好研究下！

我們先總體來看一下Uboot的執(zhí)行步驟，這里以EMMC作為啟動介質(zhì)，進(jìn)行分析！

無論是哪種啟動介質(zhì)，基本流程都相似，我們這就往下看！

打開圖片，結(jié)合文檔、圖片、代碼進(jìn)行理解！

u-boot.lds：是uboot工程的鏈接腳本文件，對于工程的編譯和鏈接有非常重要的作用，決定了uboot的組裝，并且u-boot.lds鏈接文件中的ENTRY(_start)指定了uboot程序的入口地址。

如果不知道u-boot.lds放到在哪里，可以通過find -name u-boot.lds查找，根目錄要進(jìn)入到uboot的源碼的位置哦！

如果查找結(jié)果有很多，結(jié)合自己的板子信息，確定自己使用的u-boot.lds。

當(dāng)然，準(zhǔn)確的方法是查看Makefile文件，分析出來u-boot.lds所生成的位置。

在u-boot.lds的文件中，可以看到.text段，存放的就是執(zhí)行的文本段。截取部分代碼段如下：

			

				OUTPUT_FORMAT("elf32-littlearm", "elf32-littlearm", "elf32-littlearm") OUTPUT_ARCH(arm) ENTRY(_start) SECTIONS {  . = 0x00000000;    @起始地址  . = ALIGN(4);     @四字節(jié)對齊  .text :   {   *(.__image_copy_start)  @映像文件復(fù)制起始地址  *(.vectors)     @異常向量表  arch/arm/cpu/armv7/start.o (.text*) @啟動函數(shù)  }  ...... }
			

• ENTRY(_start)：程序的入口函數(shù)，_start在arch/arm/lib/vectors.S中定義.globl _start

• SECTIONS定義了段，包括text文本段、data數(shù)據(jù)段、bss段等。

• __image_copy_start在System.map和u-boot.map中均有定義

• arch/arm/cpu/armv7/start.o對應(yīng)文件arch/arm/cpu/armv7/start.S，該文件中定義了main函數(shù)的入口。

Tip：上面只進(jìn)行大概分析，有匯編經(jīng)驗(yàn)的朋友，可以詳細(xì)進(jìn)行分析！

跟隨上文的程序執(zhí)行流程圖，我們看board_init_f這個函數(shù)。其位于common/board_f.c。

void board_init_f(ulong boot_flags) {  gd->flags = boot_flags;  gd->have_console = 0;   if (initcall_run_list(init_sequence_f))  hang(); }  static const init_fnc_t init_sequence_f[] = {  setup_mon_len,  ...  log_init,  arch_cpu_init,  /* basic arch cpu dependent setup */  env_init,  /* initialize environment */  ...   reloc_fdt,  reloc_bootstage,  reloc_bloblist,  setup_reloc,  ... }

board_init_f()，其最核心的內(nèi)容就是調(diào)用了init_sequence_f初始化序列，進(jìn)行了一系列初始化的工作。

主要包括：串口、定時器、設(shè)備樹、DM驅(qū)動模型等，另外還包括global_data結(jié)構(gòu)體相關(guān)對象的變量。

詳細(xì)分析，可以看文末的參考文章[1]

我們需要注意的一點(diǎn)就是，在初始化隊(duì)列末尾，執(zhí)行了幾個reloc_xxx的函數(shù)，這幾個函數(shù)實(shí)現(xiàn)了Uboot的重定向功能。

重定向技術(shù)，可以說也算是Uboot的一個重點(diǎn)了，也就是將uboot自身鏡像拷貝到ddr上的另外一個位置的動作。

一般需要重定向的條件如下：

• uboot存儲在只讀存儲器上，比如ROM、Nor flash，需要將代碼拷貝到DDR上，才能完整運(yùn)行Uboot。

• 為Kernel騰空間，Kernel一般會放在DDR的地段地址上，所以要把Uboot重定向到頂端地址，避免沖突。

Uboot的重定向有如下幾個步驟：

• 對relocate進(jìn)行空間劃分

• 計算uboot代碼空間到relocate的位置的偏移

• relocate舊的global_data到新的global_data空間上

• relocateUboot

• 修改relocate后的全局變量的label

• relocate中斷向量表

運(yùn)行大致流程：

arch/arm/lib/crt0.S文件內(nèi)，主要實(shí)現(xiàn)了：

ENTRY(_main)  bl  board_init_f @@ 在board_init_f里面實(shí)現(xiàn)了 @@                             （1）對relocate進(jìn)行空間規(guī)劃 @@                             （2）計算uboot代碼空間到relocation的位置的偏移 @@                             （3）relocate舊的global_data到新的global_data的空間上   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 */ @@ 把新的global_data地址放在r9寄存器中   adr lr, here  ldr r0, [r9, #GD_RELOC_OFF]     /* r0 = gd->reloc_off */  add lr, lr, r0 @@ 計算返回地址在新的uboot空間中的地址。b調(diào)用函數(shù)返回之后，就跳到了新的uboot代碼空間中。   ldr r0, [r9, #GD_RELOCADDR]     /* r0 = gd->relocaddr */ @@ 把uboot的新的地址空間放到r0寄存器中，作為relocate_code的參數(shù)  b   relocate_code @@ 跳轉(zhuǎn)到relocate_code中，在這里面實(shí)現(xiàn)了 @@                                       （1）relocate舊的uboot代碼空間到新的空間上去 @@                                       （2）修改relocate之后全局變量的label @@ 注意，由于上述已經(jīng)把lr寄存器重定義到uboot新的代碼空間中了，所以返回之后，就已經(jīng)跳到了新的代碼空間了?。。。。?！   bl  relocate_vectors @@ relocate中斷向量表

• setup_reloc——重定向地址查看（仿真有關(guān)）

在這里我們說明一下board_init_f里面的setup_reloc初始化函數(shù)

static int setup_reloc(void) {  if (gd->flags & GD_FLG_SKIP_RELOC) {  debug("Skipping relocation due to flag\n");  return 0;  }  #ifdef CONFIG_SYS_TEXT_BASE #ifdef ARM  gd->reloc_off = gd->relocaddr - (unsigned long)__image_copy_start; #elif defined(CONFIG_M68K)  /*  * On all ColdFire arch cpu, monitor code starts always  * just after the default vector table location, so at 0x400  */  gd->reloc_off = gd->relocaddr - (CONFIG_SYS_TEXT_BASE + 0x400); #elif !defined(CONFIG_SANDBOX)  gd->reloc_off = gd->relocaddr - CONFIG_SYS_TEXT_BASE; #endif #endif  memcpy(gd->new_gd, (char *)gd, sizeof(gd_t));   debug("Relocation Offset is: %08lx\n", gd->reloc_off);  if (is_debug_open()) {  printf("Relocating to %08lx, new gd at %08lx, sp at %08lx\n",  gd->relocaddr, (ulong)map_to_sysmem(gd->new_gd),  gd->start_addr_sp);  }   return 0; }

由于，Uboot進(jìn)行了重定向，所以按照常規(guī)的地址仿真的話，我們可能訪問到錯誤的內(nèi)存空間，通過setup_reloc的Relocating to %08lx打印，我們可以得到重定向后的地址，方便我們仿真。

Uboot的重定向也有相當(dāng)大的一部分知識點(diǎn)，上面也僅僅是簡單介紹了relocate的基本步驟和流程，后續(xù)看大家需要，如果大家想了解，我再補(bǔ)上這一部分。

總之，Uboot重定向之后，把Uboot整體搬運(yùn)到了高端內(nèi)存區(qū)，為Kernel的加載提供空間，避免內(nèi)存踐踏。

我們接著跟著流程圖往下看，重定向之后，Uboot運(yùn)行于新的地址空間，接著我們執(zhí)行board_init_r，主要作為Uboot運(yùn)行的最后初始化步驟。

board_init_r這個函數(shù)，同樣位于common/board_f.c，主要用于初始化各類外設(shè)信息

		

			void board_init_r(gd_t *new_gd, ulong dest_addr) {   if (initcall_run_list(init_sequence_r))  hang();   /* NOTREACHED - run_main_loop() does not return */  hang(); } static init_fnc_t init_sequence_r[] = {  initr_reloc,  initr_reloc_global_data,  board_init, /* Setup chipselects */  initr_dm,  initr_mmc,  ...  run_main_loop }
		

與board_init_f相同，同樣有一個init_sequence_r初始化列表，包括：initr_dmDM模型初始化，initr_mmcMMC驅(qū)動初始化，等等。

最終，uboot就運(yùn)行到了run_main_loop，進(jìn)而執(zhí)行main_loop這個函數(shù)。

該函數(shù)為Uboot的最終執(zhí)行函數(shù)，無論是加載kernel還是uboot的命令行體系，均由此實(shí)現(xiàn)。

		

			void main_loop(void) {  const char *s;   bootstage_mark_name(BOOTSTAGE_ID_MAIN_LOOP, "main_loop");   if (IS_ENABLED(CONFIG_VERSION_VARIABLE))  env_set("ver", version_string);  /* set version variable */   cli_init();   if (IS_ENABLED(CONFIG_USE_PREBOOT))  run_preboot_environment_command();   if (IS_ENABLED(CONFIG_UPDATE_TFTP))  update_tftp(0UL, NULL, NULL);   s = bootdelay_process();  if (cli_process_fdt(&s))  cli_secure_boot_cmd(s);   autoboot_command(s);   cli_loop();  panic("No CLI available"); } 
		

env_set：設(shè)置環(huán)境變量，兩個參數(shù)分別為name和value

cli_init：用于初始化hash shell的一些變量

run_preboot_environment_command：執(zhí)行預(yù)定義的環(huán)境變量的命令

bootdelay_process：加載延時處理，一般用于Uboot啟動后，有幾秒的倒計時，用于進(jìn)入命令行模式。

cli_loop：命令行模式，主要作用于Uboot的命令行交互。

記得對照文章開始的執(zhí)行流程圖哦！

詳細(xì)解釋標(biāo)注于代碼中......

const char *bootdelay_process(void) {  char *s;  int bootdelay;   bootcount_inc();   s = env_get("bootdelay");        //先判斷是否有bootdelay環(huán)境變量，如果沒有，就使用menuconfig中配置的CONFIG_BOOTDELAY時間  bootdelay = s ? (int)simple_strtol(s, NULL, 10) : CONFIG_BOOTDELAY;   if (IS_ENABLED(CONFIG_OF_CONTROL))      //是否使用設(shè)備樹進(jìn)行配置  bootdelay = fdtdec_get_config_int(gd->fdt_blob, "bootdelay",  bootdelay);   debug("### main_loop entered: bootdelay=%d\n\n", bootdelay);   if (IS_ENABLED(CONFIG_AUTOBOOT_MENU_SHOW))  bootdelay = menu_show(bootdelay);  bootretry_init_cmd_timeout();  #ifdef CONFIG_POST  if (gd->flags & GD_FLG_POSTFAIL) {  s = env_get("failbootcmd");  } else #endif /* CONFIG_POST */  if (bootcount_error())  s = env_get("altbootcmd");  else  s = env_get("bootcmd");        //獲取bootcmd環(huán)境變量，用于后續(xù)的命令執(zhí)行   if (IS_ENABLED(CONFIG_OF_CONTROL))  process_fdt_options(gd->fdt_blob);  stored_bootdelay = bootdelay;   return s; }

詳細(xì)解釋標(biāo)注于代碼中......

void autoboot_command(const char *s) {  debug("### main_loop: bootcmd=\"%s\"\n", s ? s : "");   if (stored_bootdelay != -1 && s && !abortboot(stored_bootdelay)) {  bool lock;  int prev;   lock = IS_ENABLED(CONFIG_AUTOBOOT_KEYED) &&  !IS_ENABLED(CONFIG_AUTOBOOT_KEYED_CTRLC);  if (lock)  prev = disable_ctrlc(1); /* disable Ctrl-C checking */   run_command_list(s, -1, 0);   if (lock)  disable_ctrlc(prev); /* restore Ctrl-C checking */  }   if (IS_ENABLED(CONFIG_USE_AUTOBOOT_MENUKEY) &&  menukey == AUTOBOOT_MENUKEY) {  s = env_get("menucmd");  if (s)  run_command_list(s, -1, 0);  } } 

我們看一下判斷條件stored_bootdelay != -1 && s && !abortboot(stored_bootdelay

• stored_bootdelay：為環(huán)境變量的值，或者menuconfig設(shè)置的值

• s：為環(huán)境變量bootcmd的值，為后續(xù)運(yùn)行的指令

• abortboot(stored_bootdelay)：主要用于判斷是否有按鍵按下。如果按下，則不執(zhí)行bootcmd命令，進(jìn)入cli_loop命令行模式；如果不按下，則執(zhí)行bootcmd命令，跳轉(zhuǎn)到加載Linux啟動。

void cli_loop(void)
{
    bootstage_mark(BOOTSTAGE_ID_ENTER_CLI_LOOP);
#ifdef CONFIG_HUSH_PARSER
    parse_file_outer();
    /* This point is never reached */
    for (;;); //死循環(huán)
#elif defined(CONFIG_CMDLINE)
    cli_simple_loop();
#else
    printf("## U-Boot command line is disabled. Please enable CONFIG_CMDLINE\n");
#endif /*CONFIG_HUSH_PARSER*/
}

如上代碼，程序只執(zhí)行parse_file_outer來處理用戶的輸入、輸出信息。

好啦，基本到這里，我們已經(jīng)對Uboot的啟動流程了然于胸了吧！

當(dāng)然，更深層次的不建議去深入了解，有時間可以慢慢去研究。

大家有疑問，可以評論區(qū)交流......