u-boot之start_armboot函数分析

在分析start.S文件过程中提到过，最后从汇编跳到C函数执行的是start_armboot函数，位于lib_arm\board.c文件下，它的执行流程图如下，截图来源于《嵌入式LINUX应用开发完全手册》。根据流程图，以下内容大致分几步写：

1、gd全局变量初始化

2、调用init_sequence函数指针数组里的初始化函数、nand初始化、环境变量初始化、USB初始化

3、死循环main_loop()分析

1、gd全局变量初始化

gd是全局引用的变量，它的定义在Global_data.h (include\asm-arm)中，它利用的是CPU的寄存器r8。只有在文件中引用DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR ，就可以使用gd这个变量

#define DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR     register volatile gd_t *gd asm ("r8")

它是一个指向gd_t结构体的指针,gd_t结构体如下所示

typedef    struct    global_data {
    bd_t        *bd;                                                //bd结构体
    unsigned long    flags;                                          //标志
    unsigned long    baudrate;                                       //使用的波特率
    unsigned long    have_console;    /* serial_init() was called */  //是否有控制台的标志
    unsigned long    reloc_off;    /* Relocation Offset */             //重定位地址
    unsigned long    env_addr;    /* Address  of Environment struct *///环境变量存放的地址
    unsigned long    env_valid;    /* Checksum of Environment valid? *///检查环境变量是否有效
    unsigned long    fb_base;    /* base address of frame buffer */  //lcd的缓存地址
#ifdef CONFIG_VFD
    unsigned char    vfd_type;    /* display type */
#endif
#if 0
    unsigned long    cpu_clk;    /* CPU clock in Hz!        */
    unsigned long    bus_clk;
    unsigned long    ram_size;    /* RAM size */
    unsigned long    reset_status;    /* reset status register at boot */
#endif
    void        **jt;        /* jump table */
} gd_t;

其中env_addr、baudrate、bd等参数比较重要，bd也是一个结构体，在U-boot.h (include\asm-arm)里定义，定义如下所示，这里面bi_arch_number与bi_boot_params这两个参数是传给内核的，很重要。

typedef struct bd_info {
    int            bi_baudrate;    /* serial console baudrate *///串口作为控制台时的波特率
    unsigned long    bi_ip_addr;    /* IP Address */             //ip地址，可配置
    unsigned char    bi_enetaddr[]; /* Ethernet adress */    //物理网络地址，即MAC Address，网卡决定，不可配置
    struct environment_s           *bi_env;                  //指向环境变量的指针
    ulong            bi_arch_number;    /* unique id for this board *///CPU架构号码，传给内核
    ulong            bi_boot_params;    /* where this board expects params *///标记列表的开始地址，传给内核，告诉内核从这个地方取参数
    struct                /* RAM configuration */
    {
    ulong start;
    ulong size;
    }             bi_dram[CONFIG_NR_DRAM_BANKS];//sdram的起始地址与大小
#ifdef CONFIG_HAS_ETH1
    /* second onboard ethernet port */
    unsigned char   bi_enet1addr[];
#endif
} bd_t;

environment_s结构体定义在Environment.h (include)中，如下所示。环境变量就是以这个格式存储在nand中的

#define ENV_SIZE (CFG_ENV_SIZE - ENV_HEADER_SIZE)//0x20000-5，减去的5为crc校验与flags占用的
 
typedef    struct environment_s {
    unsigned long    crc;        /* CRC32 over data bytes    *///crc校验
#ifdef CFG_REDUNDAND_ENVIRONMENT
    unsigned char    flags;        /* active/obsolete flags    *///环境变量标志
#endif
    unsigned char    data[ENV_SIZE]; /* Environment data        *///环境变量具体的数据。最大
} env_t;

start_armboot函数一开始先初始化gd变量。gd变量所指向的内容占用128字节存放在堆区后面，栈区前面。

    /* Pointer is writable since we allocated a register for it */
    gd = (gd_t*)(_armboot_start - CFG_MALLOC_LEN - sizeof(gd_t));//gd地址向上增长
    /* compiler optimization barrier needed for GCC >= 3.4 */
    __asm__ __volatile__("": : :"memory");
 
    memset ((void*)gd, , sizeof (gd_t));//清0 gd段
    gd->bd = (bd_t*)((char*)gd - sizeof(bd_t));//求出bd段地址
    memset (gd->bd, , sizeof (bd_t));//清0gd->bd段  
 
    monitor_flash_len = _bss_start - _armboot_start;//显示需要的flash长度

2、调用init_sequence函数指针数组里的初始化函数、nand初始化、环境变量初始化、USB初始化

start_armboot函数继续往下执行，执行初始化函数数组里的函数

for (init_fnc_ptr = init_sequence; *init_fnc_ptr; ++init_fnc_ptr) {//初始化各个函数  by andy
        if ((*init_fnc_ptr)() != ) {//函数的返回值不为0，认为出错，打印出错信息 by andy
            hang ();//打印出错信息   by andy
        }
    }

init_sequence数组的内容如下所示

    init_fnc_t *init_sequence[] = {
    cpu_init,        /* basic cpu dependent setup *///CPU的一些堆栈大小设置  by andy
    board_init,        /* basic board dependent setup *///设置芯片代码、设置与内核交互的地址 by andy
    interrupt_init,        /* set up exceptions *///10ms时钟定时器设置  by andy
    env_init,        /* initialize environment *///初始化环境变量，采用默认环境变量  by andy
    init_baudrate,        /* initialze baudrate settings *///初始化串口波特率为115200 by andy
    serial_init,        /* serial communications setup *///初始化串口在cpu/arm920t/s3c24x0中实现  by andy
    console_init_f,        /* stage 1 init of console *///设置控制台初始化标志 by andy
    display_banner,        /* say that we are here *///打印UBOOT版本信息 by andy
#if defined(CONFIG_DISPLAY_CPUINFO)
    print_cpuinfo,        /* display cpu info (and speed) */
#endif
#if defined(CONFIG_DISPLAY_BOARDINFO)
    checkboard,        /* display board info */
#endif
    dram_init,        /* configure available RAM banks *///内存起始地址以及大小设置 by andy
    display_dram_config,//打印出DRAM的大小  by andy
    NULL,
};

start_armboot函数继续往下执行，清0分配的堆区的内容

    /* armboot_start is defined in the board-specific linker script */
    mem_malloc_init (_armboot_start - CFG_MALLOC_LEN);//清0堆区的内容

void mem_malloc_init (ulong dest_addr)
{
    mem_malloc_start = dest_addr;                //堆区的首地址
    mem_malloc_end = dest_addr + CFG_MALLOC_LEN; //堆区的结束地址
    mem_malloc_brk = mem_malloc_start;
 
    memset ((void *) mem_malloc_start, ,
            mem_malloc_end - mem_malloc_start);//清0堆区的内容
}

start_armboot函数继续往下执行，初始化nand，环境变量的内容存储在nand中

puts ("NAND:  ");//打印出nand的大小
    nand_init();        /* go init the NAND *///初始化nand flash

start_armboot函数继续往下执行，重新检测环境变量，环境变量在初始化函数数组中已经初始化过，因为nand初始化后，所以再检测一般环境变量是否需要重新加载。env_relocate 函数大致的意思是检查nand中的存放环境变量位置的crc校验是否有效，如果无效则采用默认的环境变量，如果有效则采用nand中的环境变量

/* initialize environment */
    env_relocate ();//初始化环境变量,crc有效的话从nand中读取存储的环境变量，否则采用默认的环境变量  by andy

默认的环境变量的值如下

uchar default_environment[] = {
#ifdef    CONFIG_BOOTARGS
    "bootargs="    CONFIG_BOOTARGS            "\0"//"noinitrd root=/dev/mtdblock3 init=/linuxrc console=ttySAC0"，传给内核的参数
#endif
#ifdef    CONFIG_BOOTCOMMAND
    "bootcmd="    CONFIG_BOOTCOMMAND        "\0"//"nand read.jffs2 0x30007FC0 kernel; bootm 0x30007FC0"。启动内核的命令
#endif
#ifdef    CONFIG_RAMBOOTCOMMAND
    "ramboot="    CONFIG_RAMBOOTCOMMAND        "\0"
#endif
#ifdef    CONFIG_NFSBOOTCOMMAND
    "nfsboot="    CONFIG_NFSBOOTCOMMAND        "\0"
#endif
#if defined(CONFIG_BOOTDELAY) && (CONFIG_BOOTDELAY >= 0)
    "bootdelay="    MK_STR(CONFIG_BOOTDELAY)    "\0"//延时参数2S
#endif
#if defined(CONFIG_BAUDRATE) && (CONFIG_BAUDRATE >= 0)
    "baudrate="    MK_STR(CONFIG_BAUDRATE)        "\0"//波特率115200
#endif
#ifdef    CONFIG_LOADS_ECHO
    "loads_echo="    MK_STR(CONFIG_LOADS_ECHO)    "\0"
#endif
#ifdef    CONFIG_ETHADDR
    "ethaddr="    MK_STR(CONFIG_ETHADDR)        "\0"//08:00:3e:26:0a:5b；MAC地址
#endif
#ifdef    CONFIG_ETH1ADDR
    "eth1addr="    MK_STR(CONFIG_ETH1ADDR)        "\0"
#endif
#ifdef    CONFIG_ETH2ADDR
    "eth2addr="    MK_STR(CONFIG_ETH2ADDR)        "\0"
#endif
#ifdef    CONFIG_ETH3ADDR
    "eth3addr="    MK_STR(CONFIG_ETH3ADDR)        "\0"
#endif
#ifdef    CONFIG_IPADDR
    "ipaddr="    MK_STR(CONFIG_IPADDR)        "\0"//板子IP192.168.7.17
#endif
#ifdef    CONFIG_SERVERIP
    "serverip="    MK_STR(CONFIG_SERVERIP)        "\0"//服务器IP192.168.7.11
#endif
#

start_armboot函数继续往下执行，从环境变量中获取IP地址以及MAC地址

gd->bd->bi_ip_addr = getenv_IPaddr ("ipaddr");//从环境变量获得IP地址  by andy
    i = getenv_r ("ethaddr", tmp, sizeof (tmp));//从环境变量获得MAC地址
        s = (i > ) ? tmp : NULL;
 
        for (reg = ; reg < ; ++reg) {//判断获得的MAC地址有效后存储在gd->bd->bi_enetaddr中
            gd->bd->bi_enetaddr[reg] = s ? simple_strtoul (s, &e, ) : ;
            if (s)
                s = (*e) ? e +  : e;
        }

start_armboot函数继续往下执行，控制台初始化，主要为设置输入输出与错误设备都为串口

console_init_r ();    /* fully init console as a device *///控制台初始化

start_armboot函数继续往下执行，USB与网络初始化，主要用来文件传输用的

Port_Init();
    if (!PreLoadedONRAM) {
        /* enable exceptions */
        enable_interrupts ();
        /* add by www.100ask.net */
        usb_init();//USB初始化by andy
    }
 
    eth_initialize(gd->bd);//网络初始化

3、死循环main_loop()分析

for (;;) {//大循环
        main_loop ();//大循环  by andy
    }

下面分析main_loop()函数，它位于Main.c (common)中。main_loop函数首先为nand flash实现分区

 extern int mtdparts_init(void);
    if (!getenv("mtdparts"))//如果mtdparts参数不存在  by andy
    {
        run_command("mtdparts default", );//执行分区命令 设置分区 by andy
    }
    else
    {
        mtdparts_init();
    }

执行完run_command("mtdparts default", 0)后分区内容为：256k@0(bootloader),128k(params),2m(kernel),-(root)。意思是以bootloader占用256k为开头，初始地址为0。接着128k为参数，接着2m为内核，剩余的为文件。

继续执行main_loop函数，从环境变量中取得一些必要的参数。在后面要用到

 s = getenv ("c");//从环境变量中取得boordelay参数
    bootdelay = s ? (int)simple_strtol(s, NULL, ) : CONFIG_BOOTDELAY;//将字符串转换成整形
    s = getenv ("bootcmd");//取得bootcmd环境变量为"nand read.jffs2 0x30007FC0 kernel; bootm 0x30007FC0"

继续执行main_loop函数，如果禁用bootdelay功能，则直接运行bootcmd环境变量。功能为从nand中取得内核到sdram的0x30007FC0 处。然后启动内核

    if (bootdelay >=  && s && !abortboot (bootdelay)) {//等待延时数倒计时，如果时间到了则运行bootcmd参数。如果在时间到之前按下了空格键，则继续网线执行
# ifdef CONFIG_AUTOBOOT_KEYED
        int prev = disable_ctrlc();    /* disable Control C checking */
# endif
 
# ifndef CFG_HUSH_PARSER
        {
            printf("Booting Linux ...\n");
            run_command (s, );//执行bootcmd命令
        }
# else
        parse_string_outer(s, FLAG_PARSE_SEMICOLON |
                    FLAG_EXIT_FROM_LOOP);
# endif
 
# ifdef CONFIG_AUTOBOOT_KEYED
        disable_ctrlc(prev);    /* restore Control C checking */
# endif
    }

继续执行main_loop函数，再来一个循环。若前面没有启动内核，那么进入死循环，等待控制台输入命令然后运行

for (;;) {//若倒计时没到之前
#ifdef CONFIG_BOOT_RETRY_TIME
        if (rc >= ) {
            /* Saw enough of a valid command to
             * restart the timeout.
             */
            reset_cmd_timeout();
        }
#endif
        len = readline (CFG_PROMPT);
 
        flag = ;    /* assume no special flags for now */
        if (len > )
            strcpy (lastcommand, console_buffer);//取得控制台输入设备的数据
        else if (len == )
            flag |= CMD_FLAG_REPEAT;
#ifdef CONFIG_BOOT_RETRY_TIME
        else if (len == -) {
            /* -2 means timed out, retry autoboot
             */
            puts ("\nTimed out waiting for command\n");
# ifdef CONFIG_RESET_TO_RETRY
            /* Reinit board to run initialization code again */
            do_reset (NULL, , , NULL);
# else
            return;        /* retry autoboot */
# endif
        }
#endif
 
        if (len == -)
            puts ("<INTERRUPT>\n");
        else
            rc = run_command (lastcommand, flag);//运行从输入设备取得的数据 
 
        if (rc <= ) {
            /* invalid command or not repeatable, forget it */
            lastcommand[] = ;
        }
    }