U-Boot启动过程完全分析

### U-Boot启动过程完全分析 U-Boot是一款开源的Bootloader，被广泛应用于嵌入式系统的引导加载过程中。本文将深入解析U-Boot的启动流程，尤其关注第一阶段和第二阶段的工作机制。 #### Bootloader的基本概念 Bootloader是芯片复位后至操作系统启动前执行的一段关键代码，其主要任务是完成硬件初始化，并搭建操作系统运行所需的环境。它与CPU的体系结构、硬件配置及目标操作系统紧密相关，类似于PC机中的BIOS程序，但因高度定制化而无通用版本。大多数Bootloader设计为两阶段：Stage1负责基础硬件初始化，Stage2则进行更复杂的初始化工作和加载操作系统内核。 #### U-Boot启动流程概述 U-Boot的启动过程可分为两个阶段： 1. **第一阶段（Stage1）**：包括硬件设备初始化、加载U-Boot第二阶段代码至RAM空间、设置栈以及跳转至第二阶段代码入口。 2. **第二阶段（Stage2）**：进一步初始化硬件设备，检测系统内存映射，将内核从Flash读取至RAM，设置启动参数并调用内核。 #### 第一阶段代码分析 U-Boot的第一阶段代码主要包括`start.S`和`lowlevel_init.S`两个文件。其中，`start.S`位于`cpu/arm920t`目录下，负责设置异常向量表和初步硬件初始化；`lowlevel_init.S`位于`board/samsung/mini2440`目录下，承担低级硬件初始化任务。 ##### 异常向量表设置 在`start.S`文件的开头，通过一系列`ldr`指令加载了ARM处理器的异常向量表。这些向量对应不同的异常类型，如复位、未定义指令、软件中断（SWI）、预取指令异常、数据访问异常等。每个向量指向特定的处理函数，如`_undefined_instruction`指向处理未定义指令异常的函数。 表2.1列出了部分ARM异常向量及其作用： - **复位（Reset）**：地址0x00000000，复位时跳转至复位处理程序。 - **未定义指令（Undefined Instruction）**：地址0x00000004，处理无法识别的指令。 - **软件中断（Software Interrupt）**：地址0x00000008，用户模式下的程序调用特权指令时触发。 - **预取指令异常（Prefetch Abort）**：地址0x0000000C，当处理器尝试从无效地址或非允许地址读取指令时触发。 - **数据操作异常（Data Abort）**：地址0x00000010，处理器访问非法数据地址时触发。 - **IRQ（Interrupt Request）**：地址0x00000018，处理外部中断请求。 - **FIQ（Fast Interrupt Request）**：地址0x0000001C，处理高速中断请求。 通过设置异常向量表，U-Boot能够对各类异常和中断进行响应，确保系统稳定性和安全性。 #### 第二阶段功能详解 第二阶段的主要任务是进一步初始化硬件设备，包括但不限于内存控制器、时钟、中断控制器等，并读取内核镜像至RAM，为启动操作系统做准备。这一阶段还负责设置内核启动参数，如内存布局、启动命令行等，最后调用内核，使操作系统得以启动。 U-Boot的启动过程充分展示了其作为高性能Bootloader的强大功能和灵活性。通过对U-Boot启动流程的深入了解，开发者可以更好地掌握如何针对不同硬件平台进行Bootloader的定制与优化，从而提高系统的启动效率和可靠性。