uboot

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*******day:2014/10/14**************
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1.为什么要有uboot？
2.uboot是用来干嘛的？
3.uboot是怎么工作的？
4.uboot结束后的结果是怎么样的？
为了回答以上的问题，或许问题还不止这些，根据我个人的理解来谈谈，请观看者注意版权问题哈。
起初龙芯的工程师跟我讲uboot的时候，我还搞不明白什么是uboot的，当时不懂事，学习之后我才明白什么是uboot的，我就举个比喻吧：就好比如你要吃西瓜，那你吃西瓜那好歹得有把西瓜刀菜刀之类的工具吧？难道你直接用啃的吗？这个西瓜刀就是你在吃到西瓜肉之前的uboot。所以对于为什么要有uboot，你应该懂了吧，只不过这个uboot不是用来切西瓜的，而是用来加载和启动我们传说中的内核的。至于什么是内核？等我写完uboot再睡会，然后再写关于内核这巨人。

那到底uboot是怎么样来启动和加载内核的呢？？你看，这里又有新问题了吧？别紧张，在此之前，必须要先了解下uboot的工作原理，天啊，又是工作原理，别晕，其实当初我也晕了。其实，soc一上电，uboot瞬间就开始工作了，IROM里的固化代码会把nandflash里的前16K代码拷贝到IRAM里来执行，在这里实现重定位，这个IRAM的0x340000地址就是运行地址，记住这个前16K哈。为什么呢？拿个西瓜啃，慢慢往下看。

在拿到uboot的原始源码之后，记住，你要看看这个源码到底有没有支持你的开发板，如果没有就得重新找找其他版本的源码，由于uboot这种小玩意是跟开发板紧密相连的，所以你要根据你的开发板来做一定的移植，也就是针对开发板弄一个特定的uboot，对了，这个uboot的意思我的理解就是：u(you) 启动。
拿到源码直接定位到startS，你可以看到异常向量表之类的汇编代码，其实第一阶段就是用汇编写的，所以总结下第一阶段的过程：
1.设置异常向量表 一开始就跳到了reset那里了
2.关闭中断，主要是关闭F和I位，然后进入SVC32模式，记住，一定要在这种模式下 set the cpu to SVC32 mode
3.cpu初始化 bl cpu_init_crit 在这里主要是关闭缓存和MMU，至于为什么要关闭缓存，你想想，如果不关闭的话，CPU是从缓存里去指令的，这样做的原因就是因为匹配CPU的速度，为了乖乖的让CPU从内存里取指令，只好先关闭咯
4.关闭开门狗，关闭VIC，其实这里关闭了VIC的话，上面的F I 就没什么必要了，你想想，老大都被抓了，小弟还有勇气活吗？还有开门狗，其实这个狗真的很厉害，在你程序跑飞的时候可以帮你挽救系统。但在这时，你如果不关的话，它随时会让你的CPU一直复位的，除非你喂狗，但是你想想，有可能喂狗吗？
5.串口初始化，这里是为了调试在终端看信息用的，总不能用望远镜吧。
6.时钟初始化，这个时钟初始化不是说调现在几点几点的，而是为整个开发板提供工作频率的。
7.内存初始化。这个内存初始化一般都是跟原厂要的代码，比较复杂，主要是为了后面的重定位用的。
//注意注意：广大的中国市民：6 和 7 在源码里默认是没有帮你初始化的，所以你要做的移植就是：是这样的：把#if 后面的宏定义改成1就行了。也就是说，这个是没有被编译进去的，所以你这时候要做的就是改Makefile，添加：SOBJS := lowlevel_init.o mem_setup.o 但前提是你要修改你的内存初始化的代码---->跟原厂要。一定要记住要确保这段代码在nandFlash的前16K，怎么确保呢？这个问题问得好：你可以打开uboot.dis可以看到段的分区：如下：只要把代码放在text段里就行了
.text :
{
cpu/arm_cortexa8/start.o (.text)
board/samsung/fs210/lowlevel_init.o (.text)
board/samsung/fs210/mem_setup.o (.text)
board/samsung/fs210/nand_cp.o (.text)
*(.text)
}
8.栈的初始化。一定要注意：在进入C语言代码之前一定要确保栈已经初始化好了，否则，你后果自负。
9.重定位(这个指的是实现uboot的自重定位--->nandflash--->DDRII)这里面有点深奥，扯到Flash和DDRII的内容，在这里你只要先知道有这个步骤就行了，咦？什么，uboot是在Flash里的？没错，uboot在制作好的时候就是烧在Flash里的：这里给出平时烧录的步骤
烧录uboot：//说明：这个是用tftp协议来下载的，所以，你的uboot必须要移植好，使其能支持tftp和nand erase 和nand write等命令，当然，这是比较后的知识了。其实也不是很后啦，就是在第二阶段做的事而已。
cp u-boot.bin /tftpboot/
uboot1.3.4：
tftp 0x20008000 u-boot.bin
nand erase 0x0 0x40000
nand write 0x20008000 0x0 0x40000
//当实现重定位之后，（把整个u-boot拷贝考DDRII里）在DDRII里的第一阶段的u-boot代码就不会被重新执行，
//此时的pc指针自动指向第二阶段的代码，然后执行
//之前的在上电启动的时候，u-boot被拷贝到nandflash里，由于nandflash不具备执行指令的功能，但能保证掉电后不丢失数据，所以在第一阶段里要实现u-boot把自己整个拷贝到DDRII里来执行。DDRII具有执行指令的功能
10.清bss段。这个嘛，顺应潮流，清吧。就当做是清垃圾吧，人人爱卫生，生活更美好
在进行清bss段之前，其实还有事情要做，也就是在DDRII里分配栈内存，也是预留一些内存，比如预留128K给环境变量
啊，等等。这些预留的空间会在以后用到，在这只要知道就行了。
11.跳转到第二阶段(c语言代码)，//所以在之前说的，一定要在跳转到C语言代码之前初始化好栈。不然，、、、
ldr pc, _start_armboot @ jump to C code
_start_armboot: .word start_armboot
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第二阶段：从source insight里跳转，即可以看到start_armboot是在board.c里面的，那么第二阶段做了什么呢？
1.初始化一个全局变量指针 gd = (gd_t*)(_armboot_start - CONFIG_SYS_MALLOC_LEN - sizeof(gd_t));
gd->bd = (bd_t*)((char*)gd - sizeof(bd_t));//这两个指针就是指向了第一阶段预留的空间的某一个位置

gd->bd->bi_arch_number = MACH_TYPE_SMDKC100; //开发板的id号码 1826---》在内核中要用到
//内核里其实也存在一个ID，它会跟你这个id进行比较，如果发现不对，而此时你又没有通过set machid 来给内核的话，内核就会找不到你的这个开发板，这时候内核就会启动不起来。而这个的作用主要是确保你的开发板跟内核是保持一致的。
gd->bd->bi_boot_params = PHYS_SDRAM_1 + 0x100; //传递给内核的数据所存放的位置
//这个变量就是你的uboot传递给内核的参数所在的内存位置，这个就是一个约定，你放在这个位置，内核也知道
//这个位置去取，如果你存放参数的位置不对，这时候内核取不到数据，你想他会怎么样，它不哭不闹不上吊，直
//接就死给你看，你拿他没办法的。
//这时候的参数又分为两种情况：(在本节来说，有点扯远了)
1、默认的参数设置：当内核发现，uboot并没有通过set bootargs给它传递参数时，内核这时它不哭，它就去找
看它本身有没有默认的参数，比如serveriP 等，如果有，谢天谢地，它直接拿来用。这个默认参数一般都设置在
开发板的配置文件比如smdkc100.h里，那怎么找呢？咦，跟读代码你可以发现在初始化序列里(下面)有这样的一
个函数：env_init, /* initialize environment */
//gd->env_addr = (ulong)&default_environment[0];在这里就是使用了默认的参数设置
//gd->env_valid = 1; 这时候你就要问了?这个参数不是存放在第一阶段预留的DDRII里吗？那一掉电不就是
//丢失了数据了吗？为什么在下次启动的时候在没有传参的时候还会加载？？问得好，其实这个默认参数时在
//uboot的.data段，当nandflash中没有有效数据时就会优先使用默认的
2.你通过set bootargs给内核传递参数
set bootargs console=ttySAC0,115200 root=/dev/nfs nfsroot=192.168.7.99:/opt/filesystem ip=192.168.7.189 init=/linuxrc
参数说明：
console=xxx : 告诉内核printk的调试信息是通过什么设备打印出来
console=ttySAC0,115200
root=xxx： 告诉根文件系统在哪里了
root=/dev/nfs : 根文件系统存在网络远端
nfsroot=ip:path : 详细地址 这个ip地址就是你Ubuntu的地址
ip=192.168.7.189 : 系统启动之后，静态分配ip
root=/dev/nfs + nfsroot=xxx + ip=xxx
init=xxx: 告诉内核祖先进程的可执行代码是什么
init=/linuxrc
//广大的中国市民：这里参数的设置，其实目的是为了让你在网络远端下载的，其实都是要通过网络的，但有没有直接一上电就不需要从网络下载呢？是有的，其实就是把内核，文件系统直接都烧录在nandflash里，当然这里只是稍微提下
在跟读代码的时候可以看到这样一个循环：
for (init_fnc_ptr = init_sequence; *init_fnc_ptr; ++init_fnc_ptr) {
if ((*init_fnc_ptr)() != 0) {
hang ();
}
}
这个循环实际上就是初始化序列，而可以看到其实init_sequence是一个函数指针数组(这个有点饶吧：其实就是把指向函数的指针存放在数组里，也就是这个数组存放的都是指向函数的指针)
init_fnc_t *init_sequence[] = {
#if defined(CONFIG_ARCH_CPU_INIT) //这个宏定义显得很有意思，这种可以一次性判断多个宏是否被定义，所以要使用该初始化函数，就必须要定义这个宏
arch_cpu_init, /* basic arch cpu dependent setup */
#endif
board_init, /* basic board dependent setup */
#if defined(CONFIG_USE_IRQ)
interrupt_init, /* set up exceptions */
#endif
timer_init, /* initialize timer */
#ifdef CONFIG_FSL_ESDHC
get_clocks,
#endif
env_init, /* initialize environment */
init_baudrate, /* initialze baudrate settings */
serial_init, /* serial communications setup */值得注意的是：在此函数之前不允许有任何的打印
#endif
dram_init, /* configure available RAM banks */
...
};

2.nandflash的初始化 前面提到过，你要烧录uboot，就必须要用nand erase等命令，而这些命令使用的前提就必须
要初始化nandflash ，先看下nandflash的命令用法：
nand命令：
nand read[.jffs2] - addr off|partition size 这个[.jffs2]可以先不用理他 这是一种文件系统。
nand read 0x20008000 0x0 0x100000
ARM地址 nandflash的地址 大小 从nandflash的地址读大小为0x100000（1M）的代码量到0x20008000这个地址里
nand erase 0x100000 0x400000
nand write[.jffs2] - addr off|partiton size
nand write 0x20008000 0x100000 0x400000
同nand read
那怎么样才能初始化呢？跟读代码可以发现：
#if defined(CONFIG_CMD_NAND)//必须先定义这个宏
puts ("NAND: ");
nand_init(); /* go init the NAND */
#endif
这样算初始化了？？有个init？？那你就错了，其实这个代码跟进去，它里面做的事情就是帮你计算内存是多大而已，
printf("%u MiB ", size / 1024);
所以，nandflash的代码和实现uboot重定位的代码需要自己写的，因为每个开发板可能寄存器什么的有可能不一样，所以在这就不列出代码了，在这里只是要提一点：//你重定位的地址一定要跟你链接地址要一致，不然内核找不到

在上面提到：那个环境变量为什么在下次启动的时候在没有传参的时候还会加载？？
首先你要明确的一点就是:nandflash本身存放的数据在掉电的情况下是不会丢失数据的，
再者，nandflash存放数据和取数据也很方便，只要三个命令即可，即nand erase / nand write /nand read
经过上面的nandflash的移植，就可以使用啦，
所以，这个涉及到环境变量的重定位问题，跟读代码我们可以发现这样的一个函数:
/* initialize environment */
env_relocate ();//环境变量的重定位
|
env_relocate_spec ();
|
if(gd->env_valid == 1) {
env_ptr = tmp_env1;
}
可以看出，其实在DDRII里预留的128K的环境变量等参数其实是在nandflash的CONFIG_ENV_OFFSET为起始地址的128K重定
位到DDRII来执行的，所以每次在掉电后开机，都能执行到环境变量参数，而每次set 什么的都是在DDRII里修改的
这时候通过save就可以保存到nandflash里了，方便吧。
至于nandflash要用到的宏定义我在这里就直接给出了，仅供参考：
#define CONFIG_ENV_IS_IN_NAND 1
#define CONFIG_CMD_NAND 1
#define CONFIG_ENV_SIZE (256 << 10) /* 128KiB, 0x20000 */
#define CONFIG_ENV_OFFSET (512 << 10) /* 512KiB, 0x80000 */
#define CONFIG_SYS_MAX_NAND_DEVICE 1 //nand设备数量
#define CONFIG_SYS_NAND_MAX_CHIPS 1 //芯片的数量
#define CONFIG_SYS_NAND_BASE 0xB0E00000 // nandflash控制器的基地址
#define CONFIG_NAND_S5PV210 1 // mtd支持s5pv210的nand操作，用于控制s5pv210.c的编译
#define CONFIG_NAND_BL1_8BIT_ECC 1
#define CFG_NAND_HWECC 1
#define CONFIG_NAND_PAGES_IN_BLOCK 64 // 每个block有多少个页

3.网卡的初始化，使其支持tftp协议来在网络远端(pc机Ubuntu的/tftpboot)下载uboot，uIamge，filesystem等
这个板子用的是S5PV210是带网卡的，DM9000内核也支持，所以只要稍微移植就行了。为什么呢？这是因为在人群
中多看了一眼？？开玩笑，跟代码可以发现这样的猫腻：
static void dm9000_get_enetaddr(struct eth_device *dev)
{
#if !defined(CONFIG_DM9000_NO_SROM)//其实这个宏定义是有定义的，所以默认情况下DM9000是没有获取到mac地址的
int i;
for (i = 0; i < 3; i++)
dm9000_read_srom_word(i, dev->enetaddr + (2 * i));
#else //所以在这里需要自己手动的增加以下代码
eth_getenv_enetaddr("ethaddr", dev->enetaddr); //从环境变量中获取mac地址
#endif
}
如果你觉得你只要做到这一关键的一步，那你就错了，其实这只是DM9000的驱动代码而已，然后以太网呢
？在board.c中调用的eth_initialize中其实调用了board_eth_init，但实际上这个board_eth_init是没
有的，所以需要我们来移植。在这个函数里来调用dm9000的驱动代码
int board_eth_init(bd_t *bis)
{
int rc = 0;
#ifdef CONFIG_DRIVER_DM9000
rc = dm9000_initialize(bis);//调用dm9000的驱动
|
/* Load MAC address from EEPROM */
dm9000_get_enetaddr(dev);
#endif
return rc;
}
但是你想，这样够了吗？eth_initialize你跟进去其实可以发现这个函数其实是用来调用dm9000的，但实际上以太网的初始化还是没有调用的，所以在board.c里需要添加以太网的初始化代码eth_init(gd->bd);
对于以太网和dm9000，那些宏定义，其实是根据跟源码来得知要定义哪些宏定义，在此，我就直接给出来啦：
//for dm9000，添加如下内容
#define CONFIG_CMD_NET 1 //支持网络命令
#define CONFIG_NET_MULTI 1
#define CONFIG_CMD_PING 1 // 支持ping命令
#define CONFIG_DRIVER_DM9000 1 //需要编译dm9000的驱动
#define CONFIG_DM9000_BASE 0x88000000 // dm9000的基地址 这个基地址是根据不同硬件来确定的
#define DM9000_IO CONFIG_DM9000_BASE //dm9000的IO地址 这个也是同上
#define DM9000_DATA (CONFIG_DM9000_BASE + 4) //dm9000的数据地址 这个也是同上
#define CONFIG_DM9000_USE_16BIT //数据位宽
#define CONFIG_DM9000_NO_SROM 1 // 网卡中不会自带rom用于存放mac地址

4.进入一个死循环，倒计时，这个倒计时是由系统定时器提供的，提供10ms的基准，
for (;;) {
main_loop ();
}
这个代码就不跟下去了，太恶心了，有兴趣的就跟吧，其实表现出来的就是五秒倒计时，在五秒内按任何键中止倒计时，否则，，，，就加载内核啦，当然此时要有内核放在/tftpboot里或者之前烧录 了内核镜像在nandflash的分区里面，不然，呵呵、、

至此，我个人觉得已经解决了以上提出来的问题，至于uboot结束后的结果是什么？个人觉得成功引导内核启动后接下来就没他的事了，只要启动了内核或者可以中断五秒进入可以设置的时候，uboot就应该say ヾ(￣▽￣)Bye~Bye~了
要不然，你的uboot估计要重新检查了，没事，医疗费几十万而已啦、、、