U-Boot源码解析

### U-Boot源码解析 #### U-Boot简介 U-Boot是由德国DENX小组开发的一款高度可移植的Bootloader程序，广泛应用于多种嵌入式CPU。它不仅能够引导Linux系统，同时也支持NetBSD、VxWorks、QNX、RTEMS、ARTOS以及LynxOS等其他嵌入式操作系统。U-Boot支持多种处理器架构，包括PowerPC、MIPS、x86、ARM、NIOS、XScale等，使其成为嵌入式领域中极为通用的启动加载器。 #### U-Boot目录结构解析 U-Boot的源码结构清晰，每个目录负责不同的功能： - **board**：包含与特定开发板相关的文件。例如，SMDK2410开发板的配置文件和代码位于此目录下。 - `makefile`：用于构建特定开发板的相关文件。 - `config.mk`：包含了针对该开发板的特定配置信息。 - `smdk2410.c`：与SMDK2410开发板相关的代码。 - `flash.c`：Flash操作相关的代码。 - `memsetup.s`：初始化SDRAM的代码。 - `u-boot.lds`：链接脚本文件，用于定义内存布局。 - **common**：存放了U-Boot命令行下支持的各种命令，如`bootm`对应的`cmd_bootm.c`等。 - **cpu**：与特定CPU架构相关的代码，如ARM920T的子目录中包含与该处理器相关的代码。 - `makefile`：构建文件。 - `config.mk`：特定CPU的配置信息。 - `cpu.c`：与CPU相关的代码。 - `interrupts.c`：处理中断的代码。 - `serial.c`：串口初始化的代码。 - `start.s`：启动代码。 - **disk**：包含磁盘操作相关的支持代码。 - **doc**：文档目录，提供了详细的文档说明。 - **drivers**：存放了U-Boot支持的设备驱动程序，如网络适配器、CFI Flash、串口和USB等驱动。 - **fs**：支持的文件系统目录，如cramfs、fat、fdos、jffs2和registerfs。 - **include**：包含了U-Boot使用的头文件，以及对各种硬件平台的支持文件。 - `configs`：与开发板相关的配置头文件，如`smdk2410.h`。 - `asm`：包含了与CPU体系结构相关的头文件，如`asm-arm`。 - **lib_***：与体系结构相关的库文件，例如ARM相关的库文件存放在`lib_arm`中。 - **net**：包含了与网络协议栈相关的代码，如BOOTP、TFTP、RARP和NFS的实现。 - **tools**：包含了生成U-Boot所需的工具，如`mkimage`和`crc`等。 #### 启动过程及工作原理 U-Boot的工作模式通常分为“启动加载”模式和“下载”模式，它们分别适用于不同场景： - **启动加载模式**（Bootloading）：也称作“自主”模式。在这种模式下，U-Boot会自动从目标机的固态存储设备（如Flash）中加载操作系统到RAM中运行。这是U-Boot最常见也是最主要的工作模式。 - **下载模式**（Downloading）：在这一模式下，U-Boot可以通过串口连接或网络连接从主机下载文件（如内核映像或根文件系统）。下载的文件首先保存在目标机的RAM中，然后由U-Boot写入到目标机的固态存储设备中。这一模式主要用于首次安装或后续更新操作系统。 ##### 启动流程详解 大多数Bootloader分为两个阶段：阶段1（Stage1）和阶段2（Stage2）。U-Boot也不例外： - **阶段1**（Stage1）：这一阶段主要包含与CPU体系结构紧密相关的代码，通常用汇编语言编写，负责基本硬件初始化、设置内存区域等任务。这部分代码通常放在`start.s`文件中。 - 入口定义：由于一个可执行的Image必须有一个全局入口点，且通常设在ROM（Flash）的0x0地址，因此必须明确指定编译器如何安排这一入口点。 - 内存布局配置：设置初始的内存布局，为阶段2的运行做好准备。 - **阶段2**（Stage2）：这一阶段使用C语言编写，实现了更复杂的功能，并且具有更好的可读性和可移植性。它主要负责加载和启动操作系统。 通过以上分析可以看出，U-Boot的设计思路充分考虑了硬件特性和软件需求之间的平衡，使得它能够在多种平台上高效稳定地工作。无论是对于开发者还是最终用户而言，U-Boot都是一个强大且灵活的选择。