【Bootloader】探究bootloader,分析u-boot源码

Preface

之前也发表过关于《Bootloader启动过程分析》的文章,但是内容表达得比较抽象，大多是文字叙述，所以这里从系统和代码的角度来深入分析bootloader的启动过程。

工具：Source Insight

目标：U-Boot-1.1.6

仅留此分析过程，日后再作补充（纯手打也不容易啊，嘿嘿）。

---

U-Boot工程结构

学习一个软件，尤其是开源软件，首先应该从分析软件的工程结构开始。一个好的软件有良好的工程结构，对于读者学习和理解软件的架构以及工作流程都有很好的帮助。

U-Boot的源代码布局和Linux类似，使用了按照模块划分的结构，并且充分考虑了体系结构和跨平台问题。

U-Boot源代码目录结构

子目录名	作用
board	开发板相关的定义和结构
common	包含U-Boot用到的各种处理函数
cpu	各种不同类型的处理器相关代码
doc	U-Boot文档
drivers	常用外部设备驱动程序
examples	存放U-Boot开发代码样例
fs	文件系统有关的代码，包括cramfs、ext2、fat等常见文件系统
include	U-Boot用到的头文件
lib_arm	ARM体系结构有关的数据定义和操作
lib_generic	U-Boot通用的操作函数
net	常用的网络协议，包括bootp、rarp、arp、tftp等
post	上电自检相关代码
rtc	实时钟有关操作
tools	U-Boot有关的数据代码

---

U-Boot总体工作流程

与大多数Bootloader类似，U-Boot的启动分成stage1和stage2两个阶段。

stage1使用汇编语言编写，通常与CPU体系紧密相关，如处理器初始化和设备初始化代码等，该阶段在start.S文件中实现。

上图是U-Boot中Stage1工作流程。Stage1的代码都是与平台相关的，使用汇编语言编写占用空间小而且执行速度快。

Stage1负责建立Stage1阶段使用堆栈和代码段，然后复制Stage2阶段的代码到内存。

Stage2阶段一般包括：初始化Flash器件、swim 系统内存映射、初始化网络设备、进入命令循环，接收用户从串口发送的命令然后进行相应的处理。

Stage2使用C语言编写，用于加载操作系统内核，该阶段主要是board.c中是start_armboot()函数实现。下图为U-Boot的Stage1和Stage2在Flash和RAM中的分配。

从上图中可以看出，U-Boot在加载到内存后，使用了操作系统空余的内存空间。

---

U-Boot启动流程分析

 

从图中可以看出U-Boot的启动代码分布在start.S、low_level_init.S、board.c和main.c文件中

Start.S是U-Boot整个程序的入口，该文件使用汇编语言编写，不同体系结构的启动代码不同

low_level_init.S是特定开发板的设置代码；

board.c包含开发板底层设备驱动；

main.c是一个与平台无关的代码，U-Boot应用程序的入口在此文件中。

---

①_start标号

在U-Boot工程中，每种处理器目录下都有一个start.S文件，该文件中有一个_start标号，是整个U-Boot代码的入口点。

/*
 *************************************************************************
 *
 * Jump vector table as in table 3.1 in [1]
 *
 *************************************************************************
 */
.globl _start
_start: b       reset   //复位向量:无条件跳转到reset标号
    ldr pc, _undefined_instruction  //未定义指令向量
    ldr pc, _software_interrupt //软件中断向量
    ldr pc, _prefetch_abort //预取指令异常向量
    ldr pc, _data_abort //数据操作异常向量
    ldr pc, _not_used   //未使用
    ldr pc, _irq    //慢速中断向量
    ldr pc, _fiq    //快速中断向量
_undefined_instruction: .word undefined_instruction //定义中断向量表入口地址
_software_interrupt:    .word software_interrupt
_prefetch_abort:    .word prefetch_abort
_data_abort:        .word data_abort
_not_used:      .word not_used
_irq:           .word irq
_fiq:           .word fiq
    .balignl 16,0xdeadbeef
/*
 *************************************************************************
 *
 * Startup Code (reset vector)
 *
 * do important init only if we don't start from memory!
 * relocate armboot to ram
 * setup stack
 * jump to second stage
 *
 *************************************************************************
 */
_TEXT_BASE:
    .word   TEXT_BASE   //定义整个錟-Boot镜像文件在内存加载的地址
.globl _armboot_start
_armboot_start:
    .word _start
/*
 * These are defined in the board-specific linker script.
 */
.globl _bss_start
_bss_start:
    .word __bss_start   //定义代码段起始
.globl _bss_end
_bss_end:
    .word _end  //定义代码段结束地址
#ifdef CONFIG_USE_IRQ
/* IRQ stack memory (calculated at run-time) */
.globl IRQ_STACK_START  //定义IRQ的堆栈地址
IRQ_STACK_START:
    .word   0x0badc0de
/* IRQ stack memory (calculated at run-time) */
.globl FIQ_STACK_START  //定义FIQ的堆栈地址
FIQ_STACK_START:
    .word 0x0badc0de
#endif

_start标号下面的代码主要是一些伪指令，设置全局变量，供启动程序把U-Boot映像从Flash存储器复制到内存中。

其中比较重要的变量是TEXT_BASE，该变量是通过连接脚本得到的。TEXT_BASE变量需要根据开发板的情况自己修改，具体地址需要根据硬件设计确定。

_start标号一开始定义了ARM处理器7个中断向量的向量表，对应ARM处理器的7种模式。

由于上电一开始处理器会从0地址执行指令，因此第一个指令直接跳转到reset标号。

reset执行机器初始化的一些操作，此处的跳转指令，无论是冷启动还是热启动开发板都会执行reset标号的代码。

reset也属于一种异常模式，并且该模式的代码不需要返回。

---

②reset标号

reset标号的代码在处理器启动的时候最先被执行。

/*
 * the actual reset code
 */
reset:
    /*
     * set the cpu to SVC32 mode
     */
    mrs r0,cpsr //保存CPSR寄存器的值到r0寄存器
    bic r0,r0,#0x1f //清除中断
    orr r0,r0,#0xd3
    msr cpsr,r0 //设置CPSR为超级保护模式
/* turn off the watchdog */ //关闭看门狗
#if defined(CONFIG_S3C2400)
# define pWTCON     0x15300000  //看门狗地址
# define INTMSK     0x14400008  /* Interupt-Controller base addresses */    //中断控制器基址
# define CLKDIVN    0x14800014  /* clock divisor register */
#elif defined(CONFIG_S3C2410)
# define pWTCON     0x53000000
# define INTMSK     0x4A000008  /* Interupt-Controller base addresses */
# define INTSUBMSK  0x4A00001C
# define CLKDIVN    0x4C000014  /* clock divisor register */
#endif
#if defined(CONFIG_S3C2400) || defined(CONFIG_S3C2410)
    ldr     r0, =pWTCON //取出当前看门狗控制寄存器的地址到r0
    mov     r1, #0x0    //设置r1寄存器的值为0
    str     r1, [r0]    //写入看门狗控制寄存器
    /*
     * mask all IRQs by setting all bits in the INTMR - default
     */
    mov r1, #0xffffffff //设置r1
    ldr r0, =INTMSK //取出中断屏蔽寄存器地址到r0
    str r1, [r0]    //r1的值写入中断屏蔽寄存器
# if defined(CONFIG_S3C2410)
    ldr r1, =0x3ff
    ldr r0, =INTSUBMSK
    str r1, [r0]
# endif
    /* FCLK:HCLK:PCLK = 1:2:4 */
    /* default FCLK is 120 MHz ! */
    ldr r0, =CLKDIVN    //取出时钟寄存器地址到r0
    mov r1, #3  //设置r1的值
    str r1, [r0]    //写入时钟配置
#endif  /* CONFIG_S3C2400 || CONFIG_S3C2410 */
    /*
     * we do sys-critical inits only at reboot,
     * not when booting from ram!
     */
#ifndef CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT
    bl  cpu_init_crit   //跳转到开发板相关初始化代码
#endif

注意，最后根据CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT宏的值是否跳到cpu_init_crit标号执行。

请注意这里使用的是bl指令，在执行完cpu_init_crit标号的代码后会返回。

---

③cpu_init_crit标号

cpu_init_crit标号处的代码初始化ARM处理器关键的寄存器。

/*
 *************************************************************************
 *
 * CPU_init_critical registers
 *
 * setup important registers
 * setup memory timing
 *
 *************************************************************************
 */
#ifndef CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT
cpu_init_crit:
    /*
     * flush v4 I/D caches
     */
    mov r0, #0
    mcr p15, 0, r0, c7, c7, 0   /* flush v3/v4 cache */ //刷新cache
    mcr p15, 0, r0, c8, c7, 0   /* flush v4 TLB */  //刷新TLB
    /*
     * disable MMU stuff and caches //关闭MMU
     */
    mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0
    bic r0, r0, #0x00002300 @ clear bits 13, 9:8 (--V- --RS)
    bic r0, r0, #0x00000087 @ clear bits 7, 2:0 (B--- -CAM)
    orr r0, r0, #0x00000002 @ set bit 2 (A) Align
    orr r0, r0, #0x00001000 @ set bit 12 (I) I-Cache
    mcr p15, 0, r0, c1, c0, 0
    /*
     * before relocating, we have to setup RAM timing
     * because memory timing is board-dependend, you will
     * find a lowlevel_init.S in your board directory.
     */
    mov ip, lr
    bl  lowlevel_init   //跳转到lowlevel_init
    mov lr, ip
    mov pc, lr
#endif /* CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT */

注意刷新cache和TLB。

   cache是一种高速缓存存储器，用于保存CPU频繁使用的数据，在使用Cache技术的处理器上，当一条指令要访问内存的数据时，首先查询cache缓存中是否有数据以及数据是否过期，如果数据未过期则从cache读出数据，处理器会定期回写cache中的数据到内存。根据程序的局部性原理，使用cache后可以大大加快处理器访问内存数据的速度。

   TLB的作秀是在处理器访问内存数据的时候做地址转换。TLB的全称是Translation Lookaside Buffer，可以翻译做旁路缓冲。TLB中存放了一些页表文件，文件中记录了虚拟地址和物理地址的映射关系。当应用程序访问一个虚拟地址的时候，会从TLB中查询出对就的物理地址，然后访问物理地址。TLB通常是一个分层结构，使用与cache类似的原理。处理器使用一定的算法把最常用的页表放在最先访问的层次。

MMU是内存管理单元（Memory Management Unit）的缩写，在现代计算机体系结构上，MMU被广泛应用。使用MMU技术可以向应用程序提供一个巨大的虚拟地址空间。在U-Boot初始化的时候，程序看到的地址都是物理地址，无须使用MMU。

---

④lowlevel_init标号

lowlevel_init标号，执行与开发板相关的初始化配置。

.globl lowlevel_init
lowlevel_init:
    /* memory control configuration */
    /* make r0 relative the current location so that it */
    /* reads SMRDATA out of FLASH rather than memory ! */
    ldr     r0, =SMRDATA    //读取SMRDATA变量地址
    ldr r1, _TEXT_BASE  //读取_TEXT_BASE变量地址
    sub r0, r0, r1
    ldr r1, =BWSCON /* Bus Width Status Controller */   //读取总线宽度寄存器
    add     r2, r0, #13*4   //得到SMRDATA占用的大小
0:
    ldr     r3, [r0], #4    //加载SMRDATA到内存
    str     r3, [r1], #4
    cmp     r2, r0
    bne     0b
    /* everything is fine now */
    mov pc, lr
    .ltorg
/* the literal pools origin */
SMRDATA:    //定义SMRDATA的值
    .word (0+(B1_BWSCON<<4)+(B2_BWSCON<<8)+(B3_BWSCON<<12)+(B4_BWSCON<<16)+(B5_BWSCON<<20)+(B6_BWSCON<<24)+(B7_BWSCON<<28))
    .word ((B0_Tacs<<13)+(B0_Tcos<<11)+(B0_Tacc<<8)+(B0_Tcoh<<6)+(B0_Tah<<4)+(B0_Tacp<<2)+(B0_PMC))
    .word ((B1_Tacs<<13)+(B1_Tcos<<11)+(B1_Tacc<<8)+(B1_Tcoh<<6)+(B1_Tah<<4)+(B1_Tacp<<2)+(B1_PMC))
    .word ((B2_Tacs<<13)+(B2_Tcos<<11)+(B2_Tacc<<8)+(B2_Tcoh<<6)+(B2_Tah<<4)+(B2_Tacp<<2)+(B2_PMC))
    .word ((B3_Tacs<<13)+(B3_Tcos<<11)+(B3_Tacc<<8)+(B3_Tcoh<<6)+(B3_Tah<<4)+(B3_Tacp<<2)+(B3_PMC))
    .word ((B4_Tacs<<13)+(B4_Tcos<<11)+(B4_Tacc<<8)+(B4_Tcoh<<6)+(B4_Tah<<4)+(B4_Tacp<<2)+(B4_PMC))
    .word ((B5_Tacs<<13)+(B5_Tcos<<11)+(B5_Tacc<<8)+(B5_Tcoh<<6)+(B5_Tah<<4)+(B5_Tacp<<2)+(B5_PMC))
    .word ((B6_MT<<15)+(B6_Trcd<<2)+(B6_SCAN))
    .word ((B7_MT<<15)+(B7_Trcd<<2)+(B7_SCAN))
    .word ((REFEN<<23)+(TREFMD<<22)+(Trp<<20)+(Trc<<18)+(Tchr<<16)+REFCNT)
    .word 0x32
    .word 0x30
    .word 0x30

程序中需要计算SMRDATA需要加载的内存地址和大小。

首先读取SMRDATA的变量地址，之后计算存放的内存地址并且记录在r0寄存器，然后根据总线宽度计算需要加载的SMRDATA大小，并且把加载结束的地址存放在r2寄存器。

最后复制SMRDATA到内存。SMRDATA是开发板上内存映射的配置。

---

⑤relocate标号

relocate部分的代码负责把U-Boot Stage2的代码从Flash存储器加载到内存。

#ifndef CONFIG_SKIP_RELOCATE_UBOOT
relocate:               /* relocate U-Boot to RAM       */
    adr r0, _start      /* r0 <- current position of code   */
                    //获取当前代码存放地址
    ldr r1, _TEXT_BASE      /* test if we run from flash or RAM */
                    //获取内存存放代码地址
    cmp     r0, r1                  /* don't reloc during debug  */
                    //检查是否需要加载
    beq     stack_setup
    ldr r2, _armboot_start  //获取stage2代码存放地址
    ldr r3, _bss_start  //获取内存代码段起始地址
    sub r2, r3, r2      /* r2 <- size of armboot  */ //计算stage2代码长度
    add r2, r0, r2      /* r2 <- source end address */   //计算stage2代码结束地址
copy_loop:
    ldmia   r0!, {r3-r10}       /* copy from source address [r0] */
                        //从Flash复制代码到内存
    stmia   r1!, {r3-r10}       /* copy to   target address [r1] */
    cmp r0, r2          /* until source end addreee [r2]    */
    ble copy_loop
#endif  /* CONFIG_SKIP_RELOCATE_UBOOT */
    /* Set up the stack */
stack_setup:    //在内存中建立堆栈
    ldr r0, _TEXT_BASE      /* upper 128 KiB: relocated uboot   */
    sub r0, r0, #CFG_MALLOC_LEN /* malloc area */   //分配内存区域
    sub r0, r0, #CFG_GBL_DATA_SIZE /* bdinfo */
#ifdef CONFIG_USE_IRQ
    sub r0, r0, #(CONFIG_STACKSIZE_IRQ+CONFIG_STACKSIZE_FIQ)
#endif
    sub sp, r0, #12     /* leave 3 words for abort-stack    */
clear_bss:  //初始化内存bss段内容为0
    ldr r0, _bss_start      /* find start of bss segment  */
                //查找bss段起始地址
    ldr r1, _bss_end        /* stop here */
                //查找bss段结束地址
    mov     r2, #0x00000000     /* clear */
clbss_l:str r2, [r0]        /* clear loop... */
    add r0, r0, #4
    cmp r0, r1
    ble clbss_l
#if 0
    /* try doing this stuff after the relocation */
    ldr     r0, =pWTCON
    mov     r1, #0x0
    str     r1, [r0]
    /*
     * mask all IRQs by setting all bits in the INTMR - default
     */
    mov r1, #0xffffffff
    ldr r0, =INTMR
    str r1, [r0]
    /* FCLK:HCLK:PCLK = 1:2:4 */
    /* default FCLK is 120 MHz ! */
    ldr r0, =CLKDIVN
    mov r1, #3
    str r1, [r0]
    /* END stuff after relocation */
#endif
    ldr pc, _start_armboot  //设置程序指针为start_armboot()函数地址
_start_armboot: .word start_armboot

程序首先检查当前是否在内存中执行代码，根据结果决定是否需要从Flash存储器加载代码。

程序通过获取_start和_TEXT_BASE所在的地址比较，如果地址相同说明程序已经在内存中，无须加载。

然后计算要加载的stage2代码起始地址和长度，然后在循环复制Flash的数据到内存，每次可以复制8个字长的数据。stage2程序复制完成后，程序设置系统堆栈，最后清空内存bss段内容。

relocate程序最后在设置程序指针寄存器为start_armboot()函数地址，程序跳转到stage2部分执行，注意最后的定义，_start_armboot全局变量的值是C语言函数start_armboot()函数的地址，使用这种方式可以在汇编中调用C语言编写的函数。

另外，有一种NOR类型Flash存储器，可以像使用内存一样直接执行程序，NOR Flash被映射到地址0开始的内存空间。

注意，程序中第12行的_armboot_start即标号⑥_armboot_start

---

⑦start_armboot()函数

start_armboot()函数主要初始化ARM系统的硬件和环境变量，包括Flash存储器、FrameBuffer、网卡等，最后进入U-Boot应用程序主循环。

void start_armboot (void)
{
    init_fnc_t **init_fnc_ptr;
    char *s;
#ifndef CFG_NO_FLASH
    ulong size;
#endif
#if defined(CONFIG_VFD) || defined(CONFIG_LCD)
    unsigned long addr;
#endif
    /* Pointer is writable since we allocated a register for it */
    gd = (gd_t*)(_armboot_start - CFG_MALLOC_LEN - sizeof(gd_t));
    /* compiler optimization barrier needed for GCC >= 3.4 */
    __asm__ __volatile__("": : :"memory");
    memset ((void*)gd, 0, sizeof (gd_t));
    gd->bd = (bd_t*)((char*)gd - sizeof(bd_t));
    memset (gd->bd, 0, sizeof (bd_t));
    monitor_flash_len = _bss_start - _armboot_start;
    for (init_fnc_ptr = init_sequence; *init_fnc_ptr; ++init_fnc_ptr) {
        if ((*init_fnc_ptr)() != 0) {
            hang ();
        }
    }
#ifndef CFG_NO_FLASH
    /* configure available FLASH banks */
    size = flash_init ();   //初始化Flash存储器配置
    display_flash_config (size);    //显示Flash存储器配置
#endif /* CFG_NO_FLASH */
#ifdef CONFIG_VFD
#   ifndef PAGE_SIZE
#     define PAGE_SIZE 4096
#   endif
    /*
     * reserve memory for VFD display (always full pages)
     */
    /* bss_end is defined in the board-specific linker script */
    addr = (_bss_end + (PAGE_SIZE - 1)) & ~(PAGE_SIZE - 1); //计算FrameBuffer内存地址
    size = vfd_setmem (addr);   //计算FrameBuffer占用内存大小
    gd->fb_base = addr;  //设置FrameBuffer内存起始地址
#endif /* CONFIG_VFD */
#ifdef CONFIG_LCD
#   ifndef PAGE_SIZE
#     define PAGE_SIZE 4096
#   endif
    /*
     * reserve memory for LCD display (always full pages)
     */
    /* bss_end is defined in the board-specific linker script */
    addr = (_bss_end + (PAGE_SIZE - 1)) & ~(PAGE_SIZE - 1); //计算rameBuffer内存地址
    size = lcd_setmem (addr);   //计算FrameBuffer占用内存大小
    gd->fb_base = addr;  //设置FrameBuffer内存起始地址
#endif /* CONFIG_LCD */
    /* armboot_start is defined in the board-specific linker script */
    mem_malloc_init (_armboot_start - CFG_MALLOC_LEN);
#if (CONFIG_COMMANDS & CFG_CMD_NAND)
    puts ("NAND:  ");
    nand_init();        /* go init the NAND */  //初始化NAND Flash存储器
#endif
#ifdef CONFIG_HAS_DATAFLASH
    AT91F_DataflashInit();  //初始化Hash表
    dataflash_print_info();
#endif
    /* initialize environment */
    env_relocate ();    //重新设置环境变量
#ifdef CONFIG_VFD
    /* must do this after the framebuffer is allocated */
    drv_vfd_init(); //初始化虚拟显示设置
#endif /* CONFIG_VFD */
    /* IP Address */
    gd->bd->bi_ip_addr = getenv_IPaddr ("ipaddr");    //设置网卡的IP地址
    /* MAC Address */
    {
        int i;
        ulong reg;
        char *s, *e;
        char tmp[64];
        i = getenv_r ("ethaddr", tmp, sizeof (tmp));    //从网卡寄存器读取MAC地址
        s = (i > 0) ? tmp : NULL;
        for (reg = 0; reg < 6; ++reg) {
            gd->bd->bi_enetaddr[reg] = s ? simple_strtoul (s, &e, 16) : 0;
            if (s)
                s = (*e) ? e + 1 : e;
        }
#ifdef CONFIG_HAS_ETH1
        i = getenv_r ("eth1addr", tmp, sizeof (tmp));   //读取Hash值
        s = (i > 0) ? tmp : NULL;
        for (reg = 0; reg < 6; ++reg) {
            gd->bd->bi_enet1addr[reg] = s ? simple_strtoul (s, &e, 16) : 0;
            if (s)
                s = (*e) ? e + 1 : e;
        }
#endif
    }
    devices_init ();    /* get the devices list going. */   //初始化开发板上的设备
#ifdef CONFIG_CMC_PU2
    load_sernum_ethaddr ();
#endif /* CONFIG_CMC_PU2 */
    jumptable_init ();  //初始化跳转表
    console_init_r ();  /* fully init console as a device */    //初始化控制台
#if defined(CONFIG_MISC_INIT_R)
    /* miscellaneous platform dependent initialisations */
    misc_init_r (); //初始化其他设备
#endif
    /* enable exceptions */
    enable_interrupts ();   //打开中断
    /* Perform network card initialisation if necessary */
#ifdef CONFIG_DRIVER_CS8900
    cs8900_get_enetaddr (gd->bd->bi_enetaddr);    //获取CS8900网卡MAC地址
#endif
#if defined(CONFIG_DRIVER_SMC91111) || defined (CONFIG_DRIVER_LAN91C96)
    if (getenv ("ethaddr")) {
        smc_set_mac_addr(gd->bd->bi_enetaddr);    //设置SMC网卡MAC地址
    }
#endif /* CONFIG_DRIVER_SMC91111 || CONFIG_DRIVER_LAN91C96 */
    /* Initialize from environment */
    if ((s = getenv ("loadaddr")) != NULL) {
        load_addr = simple_strtoul (s, NULL, 16);
    }
#if (CONFIG_COMMANDS & CFG_CMD_NET)
    if ((s = getenv ("bootfile")) != NULL) {
        copy_filename (BootFile, s, sizeof (BootFile)); //保存FrameBuffer
    }
#endif  /* CFG_CMD_NET */
#ifdef BOARD_LATE_INIT
    board_late_init (); //开发板相关设备初始化
#endif
#if (CONFIG_COMMANDS & CFG_CMD_NET)
#if defined(CONFIG_NET_MULTI)
    puts ("Net:   ");
#endif
    eth_initialize(gd->bd);
#endif
    /* main_loop() can return to retry autoboot, if so just run it again. */
    for (;;) {
        main_loop ();   //进入主循环
    }
    /* NOTREACHED - no way out of command loop except booting */
}
void hang (void)
{
    puts ("### ERROR ### Please RESET the board ###\n");
    for (;;);
}

start_armboot()函数代码里有许多的宏相关，这个根据开发板的情况进行配置。函数里面的board_late_init()函数，该函数是开发板提供的，供不同的开发板做一些特有的初始化工作。

在start_armboot()函数中，使用宏开关括起来的代码是在各种开发板是最常用的功能，如CS8900网卡配置。整个函数配置完毕后，进入一个for死循环，调用main_loop()函数。这里需要注意，在main_loop()函数中也有一个for死循环。

start_armboot()函数使用死循环调用main_loop()函数，作用是防止main_loop()函数开始的初始化代码如果调用失败后重新执行初始化操作，保证程序能进入到U-Boot的命令行。

---

⑧main_loop()函数

main_loop()函数做的都是与具体平台无关的工作，主要包括初始化启动次数限制机制、设置软件版本号、打印启动信息、解析命令等。

   ❶设置启动次数有关参数。在进入main_loop()函数后，首先是根据配置加载已经保留的启动次数，并且根据配置判断是否超过启动次数。

void main_loop (void)
{
#ifndef CFG_HUSH_PARSER
    static char lastcommand[CFG_CBSIZE] = { 0, };
    int len;
    int rc = 1;
    int flag;
#endif
#if defined(CONFIG_BOOTDELAY) && (CONFIG_BOOTDELAY >= 0)
    char *s;
    int bootdelay;
#endif
#ifdef CONFIG_PREBOOT
    char *p;
#endif
#ifdef CONFIG_BOOTCOUNT_LIMIT
    unsigned long bootcount = 0;
    unsigned long bootlimit = 0;
    char *bcs;
    char bcs_set[16];
#endif /* CONFIG_BOOTCOUNT_LIMIT */
#if defined(CONFIG_VFD) && defined(VFD_TEST_LOGO)
    ulong bmp = 0;      /* default bitmap */
    extern int trab_vfd (ulong bitmap);
#ifdef CONFIG_MODEM_SUPPORT
    if (do_mdm_init)
        bmp = 1;    /* alternate bitmap */
#endif
    trab_vfd (bmp);
#endif  /* CONFIG_VFD && VFD_TEST_LOGO */
#ifdef CONFIG_BOOTCOUNT_LIMIT
    bootcount = bootcount_load();   //加载保存的启动次数
    bootcount++;    //启动次数加1
    bootcount_store (bootcount);    //更新启动次数
    sprintf (bcs_set, "%lu", bootcount);    //打印启动次数
    setenv ("bootcount", bcs_set);
    bcs = getenv ("bootlimit");
    bootlimit = bcs ? simple_strtoul (bcs, NULL, 10) : 0;   //转换启动次数字符串为UINT类型
#endif /* CONFIG_BOOTCOUNT_LIMIT */

函数启动次数限制功能，启动次数限制可以被用户设置一个启动次数，然后保存在Flash存储器的特定位置，当到达启动次数后，U-Boot无法启动，该功能适合一些商业产品，通过配置不同的License限制用户重新启动系统。

   ❷接下来是Modem功能。如果系统中有Modem，打开该功能可以接受其他用户通过电话网络的拨号请求。Modem功能通常供一些远程控制的系统使用

#ifdef CONFIG_MODEM_SUPPORT
    debug ("DEBUG: main_loop:   do_mdm_init=%d\n", do_mdm_init);
    if (do_mdm_init) {  //判断是否需要初始化Modem
        char *str = strdup(getenv("mdm_cmd"));  //获取Modem参数
        setenv ("preboot", str);  /* set or delete definition */
        if (str != NULL)
            free (str);
        mdm_init(); /* wait for modem connection */ //初始化Modem
    }
#endif  /* CONFIG_MODEM_SUPPORT */

   ❸然后设置U-Boot版本号，初始化命令自动完成功能等。

#ifdef CONFIG_VERSION_VARIABLE
    {
        extern char version_string[];
        setenv ("ver", version_string);  /* set version variable */ //设置版本号
    }
#endif /* CONFIG_VERSION_VARIABLE */
#ifdef CFG_HUSH_PARSER
    u_boot_hush_start ();   //初始化Hash功能
#endif
#ifdef CONFIG_AUTO_COMPLETE
    install_auto_complete();    //初始化命令自动完成功能
#endif
#ifdef CONFIG_PREBOOT
    if ((p = getenv ("preboot")) != NULL) {
# ifdef CONFIG_AUTOBOOT_KEYED
        int prev = disable_ctrlc(1);    /* disable Control C checking */
                            //关闭Crtl+C组合键
# endif
# ifndef CFG_HUSH_PARSER
        run_command (p, 0); //运行Boot参数
# else
        parse_string_outer(p, FLAG_PARSE_SEMICOLON |
                    FLAG_EXIT_FROM_LOOP);
# endif
# ifdef CONFIG_AUTOBOOT_KEYED
        disable_ctrlc(prev);    /* restore Control C checking */
                    //恢复Ctrl+C组合键
# endif
    }
#endif /* CONFIG_PREBOOT */

程序开始是动态版本号功能支持代码，version_string变量是在其他文件定义的一个字符串变量，当用户改变U-Boot版本的时候会更新该变量。打开动态版本支持功能后，U-Boot在启动的时候会显示最新的版本号。

install_auto_comlpete()函数设置命令行自动完成功能，该功能与linux的shell类似，当用户输入一个部分命令后，可以通过按下键盘上的Tab键补全命令的剩余部分，main_loop()函数不同的功能使用宏开关控制不仅能提高代码模块化，理主要的是针对嵌入式系统Flash存储器大小设计的。在嵌入式系统上，不同的系统Flash存储空间不同。对于一些Flash空间比较紧张的设备来说，通过宏开关关闭一些不是特别必要的功能如命令行自动完成，可以减小U-Boot编译后的文件大小。

   ❹在进入主循环之前，如果配置了启动延迟功能，需要等待用户从串口或者网络接口输入。如果用户按下任意键打断，启动流程，会向终端打印出一个启动菜单。

#if defined(CONFIG_BOOTDELAY) && (CONFIG_BOOTDELAY >= 0)
    s = getenv ("bootdelay");
    bootdelay = s ? (int)simple_strtol(s, NULL, 10) : CONFIG_BOOTDELAY; //启动延迟
    debug ("### main_loop entered: bootdelay=%d\n\n", bootdelay);
# ifdef CONFIG_BOOT_RETRY_TIME
    init_cmd_timeout ();    //初始化命令行超时机制
# endif /* CONFIG_BOOT_RETRY_TIME */
#ifdef CONFIG_BOOTCOUNT_LIMIT
    if (bootlimit && (bootcount > bootlimit)) {  //检查是否超出启动次数限制
        printf ("Warning: Bootlimit (%u) exceeded. Using altbootcmd.\n",
                (unsigned)bootlimit);
        s = getenv ("altbootcmd");
    }
    else
#endif /* CONFIG_BOOTCOUNT_LIMIT */
        s = getenv ("bootcmd"); //获取启动命令参数
    debug ("### main_loop: bootcmd=\"%s\"\n", s ? s : "<UNDEFINED>");
    if (bootdelay >= 0 && s && !abortboot (bootdelay)) { //检查是否支持启动延迟功能
# ifdef CONFIG_AUTOBOOT_KEYED
        int prev = disable_ctrlc(1);    /* disable Control C checking */
                //关闭Ctrl+C组合键
# endif
# ifndef CFG_HUSH_PARSER
        run_command (s, 0); //运行启动命令行
# else
        parse_string_outer(s, FLAG_PARSE_SEMICOLON |
                    FLAG_EXIT_FROM_LOOP);
# endif
# ifdef CONFIG_AUTOBOOT_KEYED
        disable_ctrlc(prev);    /* restore Control C checking */
                //打开Ctrl+C组合键
# endif
    }
# ifdef CONFIG_MENUKEY
    if (menukey == CONFIG_MENUKEY) {    //检查是否支持菜单键
        s = getenv("menucmd");
        if (s) {
# ifndef CFG_HUSH_PARSER
        run_command (s, 0);
# else
        parse_string_outer(s, FLAG_PARSE_SEMICOLON |
                    FLAG_EXIT_FROM_LOOP);
# endif
        }
    }
#endif /* CONFIG_MENUKEY */
#endif  /* CONFIG_BOOTDELAY */
#ifdef CONFIG_AMIGAONEG3SE
    {
        extern void video_banner(void);
        video_banner(); //打印启动图标
    }
#endif

   ❺在各功能设置完毕后，程序进入一个for死循环，该循环不断使用readline()函数从控制台(一般是串口)读取用户的输入，然后解析，有关如何解析命令则可以参考U-Boot代码中run_command()函数的定义。

    /*
     * Main Loop for Monitor Command Processing
     */
#ifdef CFG_HUSH_PARSER
    parse_file_outer();
    /* This point is never reached */
    for (;;);
#else
    for (;;) {  //进入命令行超时
#ifdef CONFIG_BOOT_RETRY_TIME
        if (rc >= 0) {
            /* Saw enough of a valid command to
             * restart the timeout.
             */
            reset_cmd_timeout();    //设置命令行超时
        }
#endif
        len = readline (CFG_PROMPT);    //读取命令
        flag = 0;   /* assume no special flags for now */
        if (len > 0)
            strcpy (lastcommand, console_buffer);
        else if (len == 0)
            flag |= CMD_FLAG_REPEAT;
#ifdef CONFIG_BOOT_RETRY_TIME
        else if (len == -2) {
            /* -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, 0, 0, NULL);
# else
            return;     /* retry autoboot */
# endif
        }
#endif
        if (len == -1)
            puts ("<INTERRUPT>\n");
        else
            rc = run_command (lastcommand, flag);   //运行命令
        if (rc <= 0) {
            /* invalid command or not repeatable, forget it */
            lastcommand[0] = 0;
        }
    }
#endif /*CFG_HUSH_PARSER*/
}

---

结束语

整个U-Boot的启动流程代码，最关键的就是这些了，其中主要语句都作了相应注释，另外我把自己注释后的四个源文件上传到附件，以备查看。

如果有人觉得哪里注释没对，欢迎留言探讨。

本文出自 “成鹏致远” 博客，请务必保留此出处http://infohacker.blog.51cto.com/6751239/1202976