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u-boot 的启动流程及移植

摘要：嵌入式系统一般没有通用的 bootloader，u-boot 是功能强大的 bootloader 开发软件，但相对也比

较复杂。文中对 u-boot 的启动流程作了介绍，详细给出了 u-boot 在 S3C44B0 开发板上的移植方法和步骤。

1 .Bootloader 及 u-boot 简介

Bootloader 代码是芯片复位后进入操作系统之前执行的一段代码，主要用于完成由硬件启动到操作系统

启动的过渡，从而为操作系统提供基本的运行环境，如初始化 CPU、堆栈、存储器系统等。Bootloader

代码与 CPU 芯片的内核结构、具体型号、应用系统的配置及使用的操作系统等因素有关，其功能类似

于 PC 机的 BIOS 程序。由于 bootloader 和 CPU 及电路板的配置情况有关，因此不可能有通用的

bootloader ，开发时需要用户根据具体情况进行移植。嵌入式 Linux 系统中常用的 bootloader 有

armboot、redboot、blob、u-boot 等，其中 u-boot 是当前比较流行，功能比较强大的 bootloader，可以支

持多种体系结构，但相对也比较复杂。bootloader 的实现依赖于 CPU 的体系结构，大多数 bootloader 都

分为 stage1 和 stage 2 两大部分。Bootloader 的基本原理见参考文献。

u-boot 是 Sourceforge 网站上的一个开放源代码的项目。它可对

PowerPCMPC5xx、MPC8xx、MPC82xx、MPC7xx、MPC74xx、ARM(ARM7、ARM9、strongARM、X

ScaLe) 、 MIPS(4kc 、 5kc) 、 X86 等处理器提供支持，支持的嵌入式操作系统有 Linux 、 Vx-

WorkS 、 NetBSD 、 QNX 、 RTEMS 、 ARTOS 、 LynxOS 等，主要用来开发嵌入式系统初始化代码

bootloader。软件的主站点是 http//Sourceforge.net/projectS/ u-boot。u-boot 最初是由 www.denx.de 的 PPC-

boot 发展而来的，它对 PowerPC 系列处理器的支持最完善，对 Linux 操作系统的支持最好。源代码开放

的 u-boot 软件项目经常更新，是学习硬件底层代码开发的很好样例。

2 .u-boot 系统启动流程

大多数 bootloader 都分为 stage1 和 stage2 两大部分，u-boot 也不例外。依赖于 CPU 体系结构的代码(如

设备初始化代码等)通常都放在 stage1 且可以用汇编语言来实现，而 stage2 则通常用 C 语言来实现，这

样可以实现复杂的功能，而且有更好的可读性和移植性。

2.1 stage1 (start.s 代码结构)

u-boot 的 stage1 代码通常放在 start.s 文件中，它用汇编语言写成，其主要代码部分如下：

(1) 定义入口。由于一个可执行的 IMage 必须有一个入口点，并且只能有一个全局入口，通常这个入口

放在 ROM(flash)的 0x0 地址，因此，必须通知编译器以使其知道这个入口，该工作可通过修改连接器脚

本来完成。

(2)设置异常向量(Exception Vector)。

serial.c 串口初始化代码

start.s 全局开始启动代码

(2)BOARD它的每个子文件夹里都有如下文件：

makefile

config.mk

smdk2410.c 和板子相关的代码(以 smdk2410 为例)

flash.c flash 操作代码

memSetup.s 初始化 SDRAM 代码

u-boot.lds 对应的连接文件

(3)lib ARM体系结构下的相关实现代码，比如 memcpy 等的汇编语言的优化实现。

3.3 交叉编译环境的建立

要得到下载到目标板的 u-boot 二进制启动代码，还需要对下载的 u-boot1.1.1 进行编译。u-boot 的编译一

般在 Linux 系统下进行，可用 ARM-LIN-UX-GCC 进行编译。一步一步建立交叉编译环境通常比较复杂，

最简单的方法是使用别人编译好的交叉编译工具，方法如下：

(1)在 http//handhelds.org/downLoad/tooLchaIn 下载 ARM-Linux-gcc-3.3.2.tar.bz2

(2)以用户名 root 登录，将 ARM-Linux-gcc-3.3.2.tar.bz2 解压到 /root 目录下

# tar jxvf ARM-Linux-gcc-3.3.2.tar.bz2

(3)在 http//handhelds.org/downLoad/tooLchaIn 下载 ARM-Linux-tooLchaIn-post-2.2.13.tar.gz 只是用了它

的头文件而已，主要来自内核/Linux-x.x/include 下

(4)将 ARM-Linux-tooLchaIn-post-2.2.13.tar.gz 解压到 /skiff/local/ 下

# tar zxVF ARM-Linux-tooLchaIn-post-2.2.13.tar.gz

(5)拷贝头文件到/root/usr/3.3.2/ARM-Linux/ 下然后删除 /skiff

# cp -dr /skiff/local/ARM-Linux/include /root/usr/3.3.2/ARM-Linux

# rm -Fr /skiff

这样就建立了 ARM Linux 交叉编译环境。

(6)增加/root/usr/local/ARM/3.3.2/bin 到路径环境变量

path＝$path：/root/usr/local/ARM/3.3.2/bin 可以检查路径变量是否设置正确。# echo $path

3.4 移植的预先编译

移植 u-boot 到新的开发板上仅需要修改与硬件相关的部分即可。主要包括两个层面的移植，第一层是针

对 CPU 的移植，第二层是针对 BOARD 的移植。由于 u-boot1.1.1 里面已经包含 S3C44B0 的移植，所以

笔者对板子 myboard 的移植主要是针对 BOARD 的移植。移植之前需要仔细阅读 u-boot 目录下的 readMe

文件，其中对如何移植做了简要的介绍。为了减少移植的工作量，可以在 include/config 目录下选一个和

要移植的硬件相似的开发板，笔者选的是 b2 开发板。具体步骤如下：

(1)u-boot1.1.1 下的 CPU 文件夹里已经包括了 S3C44B0 的目录，其下已经有 start.s interrupts.c 以及

cpu.c serial.c 几个文件，因而不需要建立与 CPU 相关的目录。

(2)在 board 目录下创建 myboard 目录以及 my-board.c、flash.c、memSetup.s 和 u-boot.lds 等文件。不需要

从零开始创建，只需选择一个相似的目录直接复制过来，然后修改文件名及内容即可。笔者在移植 u-

boot 过程中选择的是 u-boot1.1.1/board/dave/b2 目录。

(3)在 include/configs 目录下添加 myboard.h，在这里可放入全局的宏定义等也不需要从头创建，可以在

include/configs 目录下寻找相似的 CPU 的头文件进行复制，这里笔者用的是 B2.h 文件来进行相关的修改。

(4) 对 u-boot 根目录下的 makefile 文件进行修改，加入

myboard_config : unconfig

＠./Mkconfig $(＠:_config＝)ARM S3C44B0 myboard

(5) 修改 u-boot 根目录下的 makefile 文件，加入对板子的申明。然后在 makefile 中加入 myboard、LIST

ARM7＝″B2 ep7312 IMpa7 myboard″。

(6)运行 make clobber，删除错误的 depend 文件。

(7)运行 make myboard config。

(8)执行到此处即表示整个软件的 makefile 已建立，这时可修改生成的 makefile 中的交叉编译选项，然后

打开 makefile 文件，并找到其中的语句：

ifeq($(ARCH)，ARM)

CROSS_COMPILE＝ARM-Linux-

end if

接着将其改成

ifeq($(ARCH)，ARM)

CROSS COMPILE＝/root/usr/local/3.3.2/bin/ARM-Linux-

end if

这一步和上面的设置环境变量只要有一个就可以了。

执行 make ，报告有一个错误，修改 myboard/flash.c 中的 #include ″../common/flash.c ＂为

＂u-boot/board/dave/common/flash.c″，重新编译即可通过。

4 .移植时的具体修改要点

若预先编译没有错误就可以开始硬件相关代码的移植，首先必须要对移植的硬件有清楚地了解，如

CPU、CPU 的控制寄存器及启动各阶段程序在 flash SDRAM 中的布局等。

笔者在移植过程中先修改/include/config /my-board.h 头文件中的大部分参数(大部分的宏定义都在这里设

置)，然后按照 u-boot 的启动流程逐步修改。修改时应熟悉 ARM 汇编语言和 C 语言，同时也应对 u-boot

启动流程代码有深入的了解。B2 板的 CPU 频率为 75MHz、flash 为 4Mbit、SDRAM 为 16Mbit、串口波

特率为 115200bit/S、环境变量放在 EEPROM 中。根据两个开发板的不同，需要修改的有：CPU 的频率、

flash 和 SDRAM 容量的大小、环境变量的位置等。由于参考板已经有了大部分的代码，因此只需要针对

myboard 进行相应的修改就可以了。与之相关的文件有/include/config /myboard.h(大部分的宏定义都在这

里设置 ) 、 /board/myboard/flash.cflash 的驱动序  、 /board/myboard /myboard.c(SDRAM 的驱动程序 ) 、

/CPU/S3C44B0/serial.c(串口的驱动使能部分)等。

/include/config /myboard.h 是全局宏定义的地方，主要的修改有：

将#define CONFIG S3C44B0 CLOCK SPEED 75 改为

#define CONFIG S3C44B0 CLOCK SPEED 64；

将 #define PHYS SDRAM1 SI Ｚ E 0x01000000 /*16 MB */ 改为

#define PHYS SDRAM1 SI Ｚ E 0x00800000 /* 8 MB */；

将 #define PHYS FLASH SI Ｚ E 0x00400000 /* 4 MB*改为

#define PHYS FLASH SI Ｚ E 0x00200000 /* 2 MB */；

将 #define CFG MAX FLASH SECT 256 /* Max number of Sectors on one chip */改为

#define CFG MAX FLASH SECT 35 ；

将 #define CFG ENV IS IN EEPROM1 /* use EEPROM For environment Vars*/改为

#define CFG ENV IS IN FLASH1

其它(如堆栈的大小等)可根据需要修改。

由于 flash、SDRAM 的容量会发生变化，故应对启动阶段程序在 flash、SDRAM 中的位置重新作出安排。

笔者将 flash 中的 u-boot 代码放在 0x0 开始的地方，而将复制到 SDRAM 中的 u-boot 代码安排在

0xc700000 开始的地方。

flash 的修改不仅和容量有关，还和具体型号有关，flash 存储器的烧写和擦除一般不具有通用性，应查看

厂家的使用说明书，针对不同型号的存储器作出相应的修改。修改过程中，需要了解 flash 擦写特定寄存

器的写入地址、数据命令以及扇区的大小和位置，以便进行正确的设置。

SDRAM 要修改的地方主要是初始化内存控制器部分，由 start.s 文件中的 cpu InIt crIt 完成 CPU cache 的

设置，并由 board/myboard/memSetup.s 中的 memSetup 完成初始化 SDRAM。S3C44B0 提供有 SDRAM 控

制器，与一些 CPU 需要 UPM 表编程相比，它只需进行相关寄存器的设置修改即可，因而降低了开发的

难度。

串口波特率不需要修改(都是 115200bit/S)，直接用 B2 板的串口驱动即可。串口的设置主要包括初始化串

口部分，值得注意的是：串口的波特率与时钟 MCLK 有很大关系，详见 CPU 用户手册。

配置好以后，便可以重新编译 u-boot 代码。将得到的 u-boot.bin 通过 JTAG 口下载到目标板后，如果能从

串口输出正确的启动信息，就表明移植基本成功。实际过程中会由于考虑不周而需要多次修改。移植成

功后，也可以添加一些其它功能(如 LCD 驱动等)，在此基础上添加功能相对比较容易。

5 结束语

u-boot 是一个功能强大的 bootloader 开发软件，适用的 CPU 平台及支持的嵌入式操作系统很多。本文是

笔者在实际开发过程中根据相关资料进行摸索，并在成功移植了 u-boot 的基础上总结出来的。对于不同

的 CPU 和开发板，其基本的方法和步骤是相同的，希望能对相关嵌入式系统的设计人员有所帮助。

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西安小明

2013-06-20

不错，适合新手看的

qiangxiaoli

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