uboot

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*******day:2014/10/14**************
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1.爲何要有uboot？
2.uboot是用來幹嗎的？
3.uboot是怎麼工做的？
4.uboot結束後的結果是怎麼樣的？
爲了回答以上的問題，或許問題還不止這些，根據我我的的理解來談談，請觀看者注意版權問題哈。
起初龍芯的工程師跟我講uboot的時候，我還搞不明白什麼是uboot的，當時不懂事，學習以後我才明白什麼是uboot的，我就舉個比喻吧：就比如如你要吃西瓜，那你吃西瓜那好歹得有把西瓜刀菜刀之類的工具吧？難道你直接用啃的嗎？這個西瓜刀就是你在吃到西瓜肉以前的uboot。因此對於爲何要有uboot，你應該懂了吧，只不過這個uboot不是用來切西瓜的，而是用來加載和啓動咱們傳說中的內核的。至於什麼是內核？等我寫完uboot再睡會，而後再寫關於內核這巨人。

那到底uboot是怎麼樣來啓動和加載內核的呢？？你看，這裏又有新問題了吧？別緊張，在此以前，必需要先了解下uboot的工做原理，天啊，又是工做原理，別暈，其實當初我也暈了。其實，soc一上電，uboot瞬間就開始工做了，IROM裏的固化代碼會把nandflash裏的前16K代碼拷貝到IRAM裏來執行，在這裏實現重定位，這個IRAM的0x340000地址就是運行地址，記住這個前16K哈。爲何呢？拿個西瓜啃，慢慢往下看。

在拿到uboot的原始源碼以後，記住，你要看看這個源碼到底有沒有支持你的開發板，若是沒有就得從新找找其餘版本的源碼，因爲uboot這種小玩意是跟開發板緊密相連的，因此你要根據你的開發板來作必定的移植，也就是針對開發板弄一個特定的uboot，對了，這個uboot的意思個人理解就是：u(you) 啓動。
拿到源碼直接定位到startS，你能夠看到異常向量表之類的彙編代碼，其實第一階段就是用匯編寫的，因此總結下第一階段的過程：
1.設置異常向量表 一開始就跳到了reset那裏了
2.關閉中斷，主要是關閉F和I位，而後進入SVC32模式，記住，必定要在這種模式下 set the cpu to SVC32 mode
3.cpu初始化 bl cpu_init_crit 在這裏主要是關閉緩存和MMU，至於爲何要關閉緩存，你想一想，若是不關閉的話，CPU是從緩存裏去指令的，這樣作的緣由就是由於匹配CPU的速度，爲了乖乖的讓CPU從內存裏取指令，只好先關閉咯
4.關閉開門狗，關閉VIC，其實這裏關閉了VIC的話，上面的F I 就沒什麼必要了，你想一想，老大都被抓了，小弟還有勇氣活嗎？還有開門狗，其實這個狗真的很厲害，在你程序跑飛的時候能夠幫你挽救系統。但在這時，你若是不關的話，它隨時會讓你的CPU一直復位的，除非你喂狗，可是你想一想，有可能喂狗嗎？
5.串口初始化，這裏是爲了調試在終端看信息用的，總不能用望遠鏡吧。
6.時鐘初始化，這個時鐘初始化不是說調如今幾點幾點的，而是爲整個開發板提供工做頻率的。
7.內存初始化。這個內存初始化通常都是跟原廠要的代碼，比較複雜，主要是爲了後面的重定位用的。
//注意注意：廣大的中國市民：6 和 7 在源碼裏默認是沒有幫你初始化的，因此你要作的移植就是：是這樣的：把#if 後面的宏定義改爲1就好了。也就是說，這個是沒有被編譯進去的，因此你這時候要作的就是改Makefile，添加：SOBJS := lowlevel_init.o mem_setup.o 但前提是你要修改你的內存初始化的代碼---->跟原廠要。必定要記住要確保這段代碼在nandFlash的前16K，怎麼確保呢？這個問題問得好：你能夠打開uboot.dis能夠看到段的分區：以下：只要把代碼放在text段裏就好了
.text :
{
cpu/arm_cortexa8/start.o (.text)
board/samsung/fs210/lowlevel_init.o (.text)
board/samsung/fs210/mem_setup.o (.text)
board/samsung/fs210/nand_cp.o (.text)
*(.text)
}
8.棧的初始化。必定要注意：在進入C語言代碼以前必定要確保棧已經初始化好了，不然，你後果自負。
9.重定位(這個指的是實現uboot的自重定位--->nandflash--->DDRII)這裏面有點深奧，扯到Flash和DDRII的內容，在這裏你只要先知道有這個步驟就好了，咦？什麼，uboot是在Flash裏的？沒錯，uboot在製做好的時候就是燒在Flash裏的：這裏給出平時燒錄的步驟
燒錄uboot：//說明：這個是用tftp協議來下載的，因此，你的uboot必需要移植好，使其能支持tftp和nand erase 和nand write等命令，固然，這是比較後的知識了。其實也不是很後啦，就是在第二階段作的事而已。
cp u-boot.bin /tftpboot/
uboot1.3.4：
tftp 0x20008000 u-boot.bin
nand erase 0x0 0x40000
nand write 0x20008000 0x0 0x40000
//當實現重定位以後，（把整個u-boot拷貝考DDRII裏）在DDRII裏的第一階段的u-boot代碼就不會被從新執行，
//此時的pc指針自動指向第二階段的代碼，而後執行
//以前的在上電啓動的時候，u-boot被拷貝到nandflash裏，因爲nandflash不具有執行指令的功能，但能保證掉電後不丟失數據，因此在第一階段裏要實現u-boot把本身整個拷貝到DDRII裏來執行。DDRII具備執行指令的功能
10.清bss段。這個嘛，順應潮流，清吧。就當作是清垃圾吧，人人愛衛生，生活更美好
在進行清bss段以前，其實還有事情要作，也就是在DDRII裏分配棧內存，也是預留一些內存，好比預留128K給環境變量
啊，等等。這些預留的空間會在之後用到，在這隻要知道就好了。
11.跳轉到第二階段(c語言代碼)，//因此在以前說的，必定要在跳轉到C語言代碼以前初始化好棧。否則，、、、
ldr pc, _start_armboot @ jump to C code
_start_armboot: .word start_armboot
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第二階段：從source insight裏跳轉，便可以看到start_armboot是在board.c裏面的，那麼第二階段作了什麼呢？
1.初始化一個全局變量指針 gd = (gd_t*)(_armboot_start - CONFIG_SYS_MALLOC_LEN - sizeof(gd_t));
gd->bd = (bd_t*)((char*)gd - sizeof(bd_t));//這兩個指針就是指向了第一階段預留的空間的某一個位置

gd->bd->bi_arch_number = MACH_TYPE_SMDKC100; //開發板的id號碼 1826---》在內核中要用到
//內核裏其實也存在一個ID，它會跟你這個id進行比較，若是發現不對，而此時你又沒有經過set machid 來給內核的話，內核就會找不到你的這個開發板，這時候內核就會啓動不起來。而這個的做用主要是確保你的開發板跟內核是保持一致的。
gd->bd->bi_boot_params = PHYS_SDRAM_1 + 0x100; //傳遞給內核的數據所存放的位置
//這個變量就是你的uboot傳遞給內核的參數所在的內存位置，這個就是一個約定，你放在這個位置，內核也知道
//這個位置去取，若是你存放參數的位置不對，這時候內核取不到數據，你想他會怎麼樣，它不哭不鬧不上吊，直
//接就死給你看，你拿他沒辦法的。
//這時候的參數又分爲兩種狀況：(在本節來講，有點扯遠了)
一、默認的參數設置：當內核發現，uboot並無經過set bootargs給它傳遞參數時，內核這時它不哭，它就去找
看它自己有沒有默認的參數，好比serveriP 等，若是有，謝天謝地，它直接拿來用。這個默認參數通常都設置在
開發板的配置文件好比smdkc100.h裏，那怎麼找呢？咦，跟讀代碼你能夠發如今初始化序列裏(下面)有這樣的一
個函數：env_init, /* initialize environment */
//gd->env_addr = (ulong)&default_environment[0];在這裏就是使用了默認的參數設置
//gd->env_valid = 1; 這時候你就要問了?這個參數不是存放在第一階段預留的DDRII裏嗎？那一掉電不就是
//丟失了數據了嗎？爲何在下次啓動的時候在沒有傳參的時候還會加載？？問得好，其實這個默認參數時在
//uboot的.data段，當nandflash中沒有有效數據時就會優先使用默認的
2.你經過set bootargs給內核傳遞參數
set bootargs console=ttySAC0,115200 root=/dev/nfs nfsroot=192.168.7.99:/opt/filesystem ip=192.168.7.189 init=/linuxrc
參數說明：
console=xxx : 告訴內核printk的調試信息是經過什麼設備打印出來
console=ttySAC0,115200
root=xxx： 告訴根文件系統在哪裏了
root=/dev/nfs : 根文件系統存在網絡遠端
nfsroot=ip:path : 詳細地址 這個ip地址就是你Ubuntu的地址
ip=192.168.7.189 : 系統啓動以後，靜態分配ip
root=/dev/nfs + nfsroot=xxx + ip=xxx
init=xxx: 告訴內核祖先進程的可執行代碼是什麼
init=/linuxrc
//廣大的中國市民：這裏參數的設置，其實目的是爲了讓你在網絡遠端下載的，其實都是要經過網絡的，但有沒有直接一上電就不須要從網絡下載呢？是有的，其實就是把內核，文件系統直接都燒錄在nandflash裏，固然這裏只是稍微提下
在跟讀代碼的時候能夠看到這樣一個循環：
for (init_fnc_ptr = init_sequence; *init_fnc_ptr; ++init_fnc_ptr) {
if ((*init_fnc_ptr)() != 0) {
hang ();
}
}
這個循環實際上就是初始化序列，而能夠看到其實init_sequence是一個函數指針數組(這個有點饒吧：其實就是把指向函數的指針存放在數組裏，也就是這個數組存放的都是指向函數的指針)
init_fnc_t *init_sequence[] = {
#if defined(CONFIG_ARCH_CPU_INIT) //這個宏定義顯得頗有意思，這種能夠一次性判斷多個宏是否被定義，因此要使用該初始化函數，就必需要定義這個宏
arch_cpu_init, /* basic arch cpu dependent setup */
#endif
board_init, /* basic board dependent setup */
#if defined(CONFIG_USE_IRQ)
interrupt_init, /* set up exceptions */
#endif
timer_init, /* initialize timer */
#ifdef CONFIG_FSL_ESDHC
get_clocks,
#endif
env_init, /* initialize environment */
init_baudrate, /* initialze baudrate settings */
serial_init, /* serial communications setup */值得注意的是：在此函數以前不容許有任何的打印
#endif
dram_init, /* configure available RAM banks */
...
};

2.nandflash的初始化 前面提到過，你要燒錄uboot，就必需要用nand erase等命令，而這些命令使用的前提就必須
要初始化nandflash ，先看下nandflash的命令用法：
nand命令：
nand read[.jffs2] - addr off|partition size 這個[.jffs2]能夠先不用理他 這是一種文件系統。
nand read 0x20008000 0x0 0x100000
ARM地址 nandflash的地址 大小 從nandflash的地址讀大小爲0x100000（1M）的代碼量到0x20008000這個地址裏
nand erase 0x100000 0x400000
nand write[.jffs2] - addr off|partiton size
nand write 0x20008000 0x100000 0x400000
同nand read
那怎麼樣才能初始化呢？跟讀代碼能夠發現：
#if defined(CONFIG_CMD_NAND)//必須先定義這個宏
puts ("NAND: ");
nand_init(); /* go init the NAND */
#endif
這樣算初始化了？？有個init？？那你就錯了，其實這個代碼跟進去，它裏面作的事情就是幫你計算內存是多大而已，
printf("%u MiB\n", size / 1024);
因此，nandflash的代碼和實現uboot重定位的代碼須要本身寫的，由於每一個開發板可能寄存器什麼的有可能不同，因此在這就不列出代碼了，在這裏只是要提一點：//你重定位的地址必定要跟你連接地址要一致，否則內核找不到

在上面提到：那個環境變量爲何在下次啓動的時候在沒有傳參的時候還會加載？？
首先你要明確的一點就是:nandflash自己存放的數據在掉電的狀況下是不會丟失數據的，
再者，nandflash存放數據和取數據也很方便，只要三個命令便可，即nand erase / nand write /nand read
通過上面的nandflash的移植，就可使用啦，
因此，這個涉及到環境變量的重定位問題，跟讀代碼咱們能夠發現這樣的一個函數:
/* initialize environment */
env_relocate ();//環境變量的重定位
|
env_relocate_spec ();
|
if(gd->env_valid == 1) {
env_ptr = tmp_env1;
}
能夠看出，其實在DDRII裏預留的128K的環境變量等參數實際上是在nandflash的CONFIG_ENV_OFFSET爲起始地址的128K重定
位到DDRII來執行的，因此每次在掉電後開機，都能執行到環境變量參數，而每次set 什麼的都是在DDRII裏修改的
這時候經過save就能夠保存到nandflash裏了，方便吧。
至於nandflash要用到的宏定義我在這裏就直接給出了，僅供參考：
#define CONFIG_ENV_IS_IN_NAND 1
#define CONFIG_CMD_NAND 1
#define CONFIG_ENV_SIZE (256 << 10) /* 128KiB, 0x20000 */
#define CONFIG_ENV_OFFSET (512 << 10) /* 512KiB, 0x80000 */
#define CONFIG_SYS_MAX_NAND_DEVICE 1 //nand設備數量
#define CONFIG_SYS_NAND_MAX_CHIPS 1 //芯片的數量
#define CONFIG_SYS_NAND_BASE 0xB0E00000 // nandflash控制器的基地址
#define CONFIG_NAND_S5PV210 1 // mtd支持s5pv210的nand操做，用於控制s5pv210.c的編譯
#define CONFIG_NAND_BL1_8BIT_ECC 1
#define CFG_NAND_HWECC 1
#define CONFIG_NAND_PAGES_IN_BLOCK 64 // 每一個block有多少個頁

3.網卡的初始化，使其支持tftp協議來在網絡遠端(pc機Ubuntu的/tftpboot)下載uboot，uIamge，filesystem等
這個板子用的是S5PV210是帶網卡的，DM9000內核也支持，因此只要稍微移植就好了。爲何呢？這是由於在人羣
中多看了一眼？？開玩笑，跟代碼能夠發現這樣的貓膩：
static void dm9000_get_enetaddr(struct eth_device *dev)
{
#if !defined(CONFIG_DM9000_NO_SROM)//其實這個宏定義是有定義的，因此默認狀況下DM9000是沒有獲取到mac地址的
int i;
for (i = 0; i < 3; i++)
dm9000_read_srom_word(i, dev->enetaddr + (2 * i));
#else //因此在這裏須要本身手動的增長如下代碼
eth_getenv_enetaddr("ethaddr", dev->enetaddr); //從環境變量中獲取mac地址
#endif
}
若是你以爲你只要作到這一關鍵的一步，那你就錯了，其實這只是DM9000的驅動代碼而已，而後以太網呢
？在board.c中調用的eth_initialize中其實調用了board_eth_init，但實際上這個board_eth_init是沒
有的，因此須要咱們來移植。在這個函數裏來調用dm9000的驅動代碼
int board_eth_init(bd_t *bis)
{
int rc = 0;
#ifdef CONFIG_DRIVER_DM9000
rc = dm9000_initialize(bis);//調用dm9000的驅動
|
/* Load MAC address from EEPROM */
dm9000_get_enetaddr(dev);
#endif
return rc;
}
可是你想，這樣夠了嗎？eth_initialize你跟進去其實能夠發現這個函數實際上是用來調用dm9000的，但實際上以太網的初始化仍是沒有調用的，因此在board.c裏須要添加以太網的初始化代碼eth_init(gd->bd);
對於以太網和dm9000，那些宏定義，實際上是根據跟源碼來得知要定義哪些宏定義，在此，我就直接給出來啦：
//for dm9000，添加以下內容
#define CONFIG_CMD_NET 1 //支持網絡命令
#define CONFIG_NET_MULTI 1
#define CONFIG_CMD_PING 1 // 支持ping命令
#define CONFIG_DRIVER_DM9000 1 //須要編譯dm9000的驅動
#define CONFIG_DM9000_BASE 0x88000000 // dm9000的基地址 這個基地址是根據不一樣硬件來肯定的
#define DM9000_IO CONFIG_DM9000_BASE //dm9000的IO地址 這個也是同上
#define DM9000_DATA (CONFIG_DM9000_BASE + 4) //dm9000的數據地址 這個也是同上
#define CONFIG_DM9000_USE_16BIT //數據位寬
#define CONFIG_DM9000_NO_SROM 1 // 網卡中不會自帶rom用於存放mac地址

4.進入一個死循環，倒計時，這個倒計時是由系統定時器提供的，提供10ms的基準，
for (;;) {
main_loop ();
}
這個代碼就不跟下去了，太噁心了，有興趣的就跟吧，其實表現出來的就是五秒倒計時，在五秒內按任何鍵停止倒計時，不然，，，，就加載內核啦，固然此時要有內核放在/tftpboot裏或者以前燒錄 了內核鏡像在nandflash的分區裏面，否則，呵呵、、

至此，我我的以爲已經解決了以上提出來的問題，至於uboot結束後的結果是什麼？我的以爲成功引導內核啓動後接下來就沒他的事了，只要啓動了內核或者能夠中斷五秒進入能夠設置的時候，uboot就應該say ヾ(￣▽￣)Bye~Bye~了
要否則，你的uboot估計要從新檢查了，沒事，醫療費幾十萬而已啦、、、