UBOOT 启动流程

一、概述

uboot 的启动流程在网上有很多大佬记录，但是了对于像我这样的新手就有些困难了，而我也不做 uboot 相关的工作，所以没必去研究代码，这里我特意整理了一下，以流程图的形式展现代码执行的流程，方便快速了解 uboot 是怎么启动的，此笔记就不进行代码分析了，主要记录 uboot 启动流程中所执行的函数已经函数所在的文件，需要了解函数中的代码实现，可以结合 uboot 源码和正点原子的开发手册或者其他博客。

注意： uboot 运行过程中都是以单线程执行的，所以分析启动流程的时候相对多线程好理解。流程中有些函数名和文件位置可能不一样，但是不要慌，就这样慢慢的找下去就可以快速了解到自己的工程是怎么启动的了

二、SOC 启动流程

uboot 只是一个启动引导向，最终的目的是启动 linux 那么即使不使用 uboot 也可以用其他的引导向，但是目前主流都是使用的 uboot，所以这里对uboot的执行函数进行了整理，方便大家好阅读 uboot 的工程源码，在了解uboot之前，需要了解一下芯片的都做啥了。

看到这个笔记的小伙伴们，应该都知道，系统的启动方式有很多种，比如 SD、mmc、norflash、nandflash等，那么我们 uboot 就可以存在其中一个硬件设备中，芯片是怎么知道 uboot 在那里又是怎么去执行 uboot 代码的？

半导体厂商在制作芯片的时候，会在芯片内部的 ROM 中植入一小段程序，上电后芯片会先执行内部的代码，然后判断我们是以什么方式启动，并在对应的设备中找到 uboot 程序，最终启动 linux 系统，当然芯片内部的这段代码还是比较麻烦的，并且厂家也不会公布这段代码，这里我就不做过多介绍了，需要的小伙伴可以去了解一下。

芯片内部的 SRAM 是比较小的，不足以跑复杂的程序，所以当芯片找到 uboot 程序后，会执行 uboot 的一小段程序，这小段程序叫做uboot SPL，他的主要目的就是初始化芯片使用的外部 RAM 然后将剩余的 uboot 放到外部的内存中运行，提高芯片的运行能力，具体可以了解这位大佬的博客：u-boot (3) —— spl

到这里差不多了，接下来可以了解 uboot 的启动流程了。

三、uboot 入口

在分析程序之前，都会从入口函数开始，从上图可知uboot 的入口是 u-boot.lds 链接脚本开始的。可能会有小伙变怎有疑问，我是怎么知道最先执行的 u-boot.lds 链接脚本，其实在了解一个工程之前，会先从 makefile 开始，只是我 uboot 中的makefile 比较复杂，我还有些不了明白，这里就不献丑了，有需要的小伙伴可以先看大佬的分析，所以从makefile文件中知道，最先执行的是 u-boot.lds 链接脚本。

1. u-boot.lds
   
   分析 uboot 顶层 Makefile 时，得知 uboot 的启动是从链接脚本 u-boot.lds 文件开始的，所以我们需要找到 u-boot.lds 的文件位置，如果没有编译的话，最初的链接脚本在 arch/arm/cpu/ 路径下，但是这个不是最终使用的链接脚本，在编译时会在 uboot 的根目录下生成 u-boot.lds 文件，所以在编译过程中使用的是根目录下的连接脚本。

   链接脚本中描述了 uboot 的段的内存使用地址，以及中断向量表的地址，可以结合 uboot 根目录下的 u-boot.map 文件进行分析，这里就不详细介绍了。

2. _start
   
   打开链接脚本后，会看到 ENTRY(_start) 声明的入口函数 _start ，而函数 _start 在 arch/arm/lib/vectors.S 文件中，此函数的作用是声明一些中断函数，当上电启动时会跳转到 reset 复位函数。

3. reset
   
   reset 函数在文件 arch/arm/cpu/armv7/start.S 文件中，不同的芯片文件位置不同，我使用的芯片是armv7架构的，在 reset 函数中有 save_boot_params 、cpu_init_cp15 、 cpu_init_crit 、 _main 函数

   • save_boot_params 也在 start.S 文件中，主要是设置 CPU 的为SVC模式。
   • cpu_init_cp15 也在文件 start.S 中，主要作用是设置 CP15 相关的内容，比如关闭 MMU 啥的。
   • cpu_init_crit 也在文件 start.S 中，cpu_init_crit 内部仅仅是调用了函数 lowlevel_init。

4. lowlevel_init
   
   lowlevel_init函数在文件 arch/arm/cpu/armv7/lowlevel_init.S 中，主要用于设置堆栈以调用C函数执行进一步的初始化，lowlevel_init 函数中调用了 s_init 函数。

5. s_init
   
   s_init 函数在 arch/arm/cpu/armv7/xxx/soc.c 文件中，有的芯片型号中没有 soc.c 文件，而 s_init 函数没有什么作用，就可以不用了解了 。

三、uboot 外设初始化

此流程主要是完成 uboot 工作的基本条件，并初始一些外设，代码很多，初次学习最好不要直接对函数进行具体的分析，先了解框架。

1. _main
   
   _main 函数定义在文件 arch/arm/lib/crt0.S 中，在 _main 函数主要有 board_init_f 、 relocate_code 、relocate_vectors 、 c_runtime_cpu_setup 、 board_init_r 函数

2. board_init_f
   
   board_init_f 函数在文件 common/board_f.c 中，如下图所示：
   
   

   board_init_f 函数中会执行 init_sequence_f 表中的函数，主要有两个工作

   • 初始化一系列外设，比如串口、定时器，或者打印一些消息等。
   • 初始化 gd 的各个成员变量，uboot 会将自己重定位到 DRAM 最后面的地址区域，也就是将自己拷贝到 DRAM 最后面的内存区域中。

   其中 serial_init 函数初始串口后，我们就可以使用 printf 函数打印日志，打印后便会在控制台中看到相应的信息，和C语言中的用法一样，

   display_options 函数中会打印 uboot 的版本信息等，具体的函数实现只能后后面需要的时候自行了解了。

3. relocate_code
   
   relocate_code 函数在文件 arch/arm/lib/relocate.S 中，主要作用是用于代码拷贝。

4. relocate_vectors
   
   relocate_vectors 函数在文件 arch/arm/lib/relocate.S 中，主要作用是用于重定位向量表。

5. c_runtime_cpu_setup
   
   c_runtime_cpu_setup 函数在文件 arch/arm/cpu/armv7/start.S 中

6. board_init_r
   
   board_init_r 函数在文件 common/board_r.c 中，主要作用是完成 board_init_f 没有初始化的外设，以及一些后续工作。也会执行 init_sequence_r 表中的函数，在函数最后会调用 run_main_loop 函数。

7. run_main_loop
   
   函数 run_main_loop 也在文件 common/board_r.c 中，此函数主要是在死循环中调用 main_loop() 函数

四、uboot 命令执行

1. main_loop()
   
   main_loop 函数在文件 common/main.c 中，在函数中主要执行 autoboot_command 和 cli_loop 函数。

2. autoboot_command
   
   autoboot_command 函数在 common/autoboot.c 中，其中会通过 Abortboot 函数判断在控制台打印的倒计时结束之前是否有按键按下，如果存在按键按下时，会执行 run_command_list 函数进入 uboot 系统。反之会返回到 main_loop 函数中执行 cli_loop 函数
   
   注意：run_command_list 函数也在 cli.c 文件中，只是流程图不好直观的表示出来。

3. cli_loop
   
   cli_loop 在文件 common/cli.c 中，主要作用是执行相应的命令操作，在 cli_simple_loop 函数存在一个死循环，用于接收控制台的命，并处理相应的命令工作。

4. cli_simple_run_command
   
   cli_simple_run_command 函数在 common/cli_simple.c 文件中，主要作用是执行相应的命令操作，从图中可以看出，不论是正常启动 linux 或 进入uboot系统，最终都会执行此函数，在函数中会调用 find_cmd 查找命令，调用 cmd_call 执行命令操作。

5. find_cmd
   
   find_cmd 函数在 common/command.c 文件中，主要作用是在映射表中查找相应的命令是否存在，命令通过宏 U_BOOT_CMD 进行定义的。

6. find_call
   
   find_call 函数在 common/command.c 文件中，主要作用是调用 find_cmd 中查找到的 do_xxx 函数，最终执行相应的命令操作。

7. do_xxx
   
   do_xxx 函数在 cmd 目录下，作用就是命令操作的实现函数，比如启动函数 bootz 或 bootm ，所以从图中可知，不论是正常启动 linux 还是在 uboot 中通过命令启动 linux 原理都是一样的，最终也是执行 bootz 或 bootm 命令。

五、bootm 启动 Linux 内核

注意：这里我就没有画对应的流程图了，因为在正点原子的教材中有相应的流程图，所以我这里就直接引用了。关于启动linux 的流程我也没有仔细分析，只是大体看了一下，此笔记的主要原因是我好奇 uboot 都做了些什么，学习驱动开发是否有必要去学习 uboot 中的驱动开发。

通过对 uboot 流程的启动分析，发现 uboot 中的驱动主要根据自己在启动阶段的去求是实现驱动即可，因为在启动 linux 的时候，会在对外设驱动进行实现，达到同一管理，并且在 linux 启动后 uboot 就没有作用了，想在再次进入uboot，执行重新启动。

1. bootm
   
   bootm 命令的执行函数为 do_bootm，在文件 cmd/bootm.c 中，do_bootm 最后调用的就是函数 do_bootm_states

2. do_bootm_states
   
   do_bootm_states 函数定义在文件 common/bootm.c 中，函数会根据不同的 BOOT 状态执行不同的代码段。

3. bootm_start
   
   bootm_start 函数在 common/bootm.c 文件中，作用是清空 images 结构体，获取 uboot 的环境变量 verify 的值

4. bootm_find_os
   
   bootm_find_os 函数，函数在 common/bootm.c 文件中，在函数中会调用 boot_get_kernel，
   
   boot_get_kernel 会根据 bootm 传过来的参数去获取 uImage(镜像)的存储地址，如果 bootm 没有参数就使用全局变量 load_addr，最后会调用 image_get_kernel 函数进行 kernel 格式校验。

5. bootm_find_other
   
   bootm_find_other 函数common/bootm.c 文件中，主要作用是获取 ramdisk 或者设备树信息。

6. bootm_disable_interrupts
   
   bootm_disable_interrupts 的作用是函数禁用中断。

7. do_bootm_linux
   
   do_bootm_linux 函数在 arch/arm/lib/bootm.c 文件中，次函数就是最终启动 Linux 内核的函数。

到此 uboot 的启动流程也算完成，有什么不对的地方望大佬指出，我会积极学习。

参考链接

u-boot (3) —— spl：https://blog.csdn.net/zhoutaopower/article/details/123133291