U-boot源码完全解析

### U-boot源码完全解析 #### U-boot简介 U-boot是由德国DENX小组开发的一款用于多种嵌入式CPU的Bootloader程序。它不仅支持嵌入式Linux系统的引导，还支持NetBSD、VxWorks、QNX、RTEMS、ARTOS、LynxOS等多种嵌入式操作系统。U-boot支持的处理器类型包括PowerPC、MIPS、x86、ARM、NIOS、XScale等。 #### U-boot的结构和目录组织 U-boot的源码结构清晰，便于理解和维护。下面详细介绍各个主要目录及其作用： 1. **board** 目录：此目录包含与特定开发板相关的文件。每个开发板都有一个子目录，其中包含与该开发板相关的配置文件。例如，`smdk2410` 是一个开发板的例子，其对应的文件包括 `makefile`、`config.mk`、`smdk2410.c`（与板子相关的代码）、`flash.c`（Flash操作代码）、`memsetup.s`（初始化SDRAM代码）以及 `u-boot.lds`（对应的连接文件）。 2. **common** 目录：实现U-boot命令行下支持的命令。每条命令通常对应一个文件，例如 `cmd_bootm.c` 实现了 `bootm` 命令。 3. **cpu** 目录：与特定CPU架构相关。每个支持的CPU架构都有一个子目录，例如 `arm920t`。这些子目录中包含了与处理器相关的代码，如 `cpu.c`、`interrupts.c`（中断处理代码）、`serial.c`（串口初始化代码）以及 `start.s`（全局开始启动代码）。 4. **disk** 目录：提供对磁盘的支持。 5. **doc** 目录：包含文档。U-boot拥有完善的文档，非常适合开发者参考。 6. **drivers** 目录：存放U-boot支持的各种设备驱动程序，例如网卡、支持CFI的Flash、串口和USB等。 7. **fs** 目录：支持的文件系统，包括cramfs、fat、fdos、jffs2和registerfs。 8. **include** 目录：包含U-boot使用的头文件、对各种硬件平台支持的汇编文件、系统的配置文件以及对文件系统支持的文件。其中 `configs` 子目录包含了与开发板相关的配置头文件，例如 `smdk2410.h`；`asm` 子目录则包含了与CPU体系结构相关的头文件。 9. **lib_xxxx** 目录：存放与体系结构相关的库文件。例如，与ARM相关的库文件存放在 `lib_arm` 中。 10. **net** 目录：包含与网络协议栈相关的代码，如 BOOTP 协议、TFTP 协议、RARP 协议和 NFS 文件系统的实现。 11. **tools** 目录：提供生成U-boot的工具，如 `mkimage` 和 `crc` 等。 #### U-boot的启动过程及工作原理 ##### 启动模式 U-boot支持两种操作模式：“启动加载”模式和“下载”模式。 - **启动加载（Bootloading）模式**：此模式也称为“自主”模式。U-boot从目标机上的某个固态存储设备上将操作系统加载到RAM中运行，整个过程没有用户的介入。这是U-boot的正常工作模式，在发布嵌入式产品时必须工作在此模式下。 - **下载（Downloading）模式**：此模式下，目标机上的U-boot通过串口或网络等通信手段从主机下载文件（如内核映像和根文件系统映像）。下载的文件通常先保存在目标机的RAM中，然后由U-boot写入目标机的FLASH类固态存储设备中。这种模式常用于首次安装内核与根文件系统或进行系统更新。 ##### 启动流程 大多数Bootloader分为两个阶段：阶段1（stage1）和阶段2（stage2）。U-boot同样遵循这一设计： - **阶段1**（`start.s` 代码结构）：通常用汇编语言编写，负责CPU初始化等工作。这部分代码位于 `start.s` 文件中，主要任务包括设置CPU寄存器、初始化内存管理单元（MMU）和加载阶段2的代码到RAM中。 - **阶段2**：通常用C语言实现，可以实现更复杂的功能，如命令行解释器、文件系统操作等，并具有更好的可读性和可移植性。 ##### 入口定义 由于一个可执行的Image必须有一个入口点，并且通常位于ROM（Flash）的0x0地址，因此必须通知编译器以确保入口点正确无误。这通常是通过汇编语言完成的，以确保低层控制和效率。 U-boot是一款功能强大且高度可定制的Bootloader程序，适用于多种嵌入式平台。通过深入了解其内部结构和启动流程，可以帮助开发者更好地利用U-boot的功能，实现高效可靠的嵌入式系统启动。