U-Boot入门深度解析：arm920t启动代码、内存布局与环境变量

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本文档深入探讨了U-Boot这一开源嵌入式启动加载器的多个关键方面，主要包括以下几个部分： 1. `u-boot-1.1.6之cpu/arm920t/start.s分析`：这部分内容详细解析了U-Boot启动时的CPU（如ARM920T）启动代码start.s，涉及了内核启动流程的初始化步骤，包括全局数据结构的初始化，通用初始化函数的调用，以及特定设备和环境变量的配置。 2. `.lds连接脚本文件的分析`：介绍了U-Boot的链接脚本.lds，它在构建过程中起到至关重要的作用，负责将编译后的模块正确地链接在一起形成最终可执行映像。 3. `学习笔记分享`：作者分享了一篇整理的U-Boot学习笔记，涵盖了内存布局、启动过程、命令实现以及环境变量管理等核心概念。 4. `内存布局及启动过程`：这部分讲解了U-Boot如何组织内存，以及启动过程中如何加载和初始化内核，涉及到内存映射和数据结构的使用。 5. `命令实现`：讨论了U-Boot中命令的实现机制，包括用户如何通过命令行与系统交互，以及这些命令背后的逻辑。 6. `环境变量实现`：这部分深入剖析了环境变量的初始化、保存和使用，是U-Boot配置和自定义的重要手段。 7. `编译过程和NAND闪存启动`：讲解了U-Boot的编译流程，并着重介绍了如何从NAND闪存中启动U-Boot，包括NAND闪存的工作原理和启动设计思路。 8. `向kernel传递参数`：讨论了U-Boot如何将参数传递给内核，以及内核如何获取这些参数，涉及到bd和gd等重要数据结构。 9. `源码分析和移植`：提供了U-Boot源码结构的概览，以及移植到特定平台如SMDK2410的具体步骤，包括数据结构的调整和内存管理策略。本文是一份详尽的U-Boot技术指南，对于理解和使用U-Boot进行嵌入式系统开发，特别是对于Linux内核的引导和配置管理，具有很高的参考价值。

.rodata : { *(.rodata) } ;指定只读数据段

. = ALIGN(4);

.data : { *(.data) } ;指定读/写数据段

. = ALIGN(4);

.got : { *(.got) } ;指定 got 段, got 段式是 uboot 自定义的一个段, 非标准段

__u_boot_cmd_start = . ;把__u_boot_cmd_start 赋值为当前位置, 即起始位

置

.u_boot_cmd : { *(.u_boot_cmd) } ;指定 u_boot_cmd 段, uboot 把所有的 u

boot 命令放在该段.

__u_boot_cmd_end = .;把__u_boot_cmd_end 赋值为当前位置,即结束位置

. = ALIGN(4);

__bss_start = .; 把__bss_start 赋值为当前位置,即 bss 段的开始位置

.bss : { *(.bss) }; 指定 bss 段

_end = .; 把_end 赋值为当前位置,即 bss 段的结束位置

}

分享一篇我总结的 uboot 学习笔记（转）

1. 下面代码是系统启动后 U-boot 上电后运行的第一段代码，他是什么意思？

.globl _start

_start: b reset

ldr pc, _undefined_instruction

ldr pc, _software_interrupt

ldr pc, _prefetch_abort

ldr pc, _data_abort

ldr pc, _not_used

ldr pc, _irq

ldr pc, _fiq

_undefined_instruction: .word undefined_instruction

_software_interrupt: .word software_interrupt

_prefetch_abort: .word prefetch_abort

_data_abort: .word data_abort

_not_used: .word not_used

_irq: .word irq

_fiq: .word fiq

.balignl 16,0xdeadbeef

他们是系统定义的异常，一上电程序跳转到 reset 异常处执行相应的汇编指令，下面定义出

的都是不同的异常，比如软件发生软中断时，CPU 就会去执行软中断的指令，这些异常中断

在 CUP 中地址是从 0 开始，每个异常占 4 个字节。

reset:

* set the cpu to SVC32 mode

mrs r0,cpsr

bic r0,r0,#0x1f

orr r0,r0,#0xd3

msr cpsr,r0

操作系统先注册一个总的中断，然后去查是由哪个中断源产生的中断，再去查用户注册的中

断表，查出来后就去执行用户定义的用户中断处理函数。

ldr pc, _undefined_instruction 表示把_undefined_instruction 存放的数值存放到 pc 指针上，

_undefined_instruction: .word undefined_instruction 表示未定义的这个异常是由.word 来定

义的，它表示定义一个字，一个 32 位的数，.word 后面的数表示把该标识的编译地址写入

当前地址，标识是不占用任何指令的。把标识存放的数值 copy 到指针 pc 上面，那么标识上

存放的值是什么？是由.word undefined_instruction 来指定的，pc 就代表你运行代码的地址，

她就实现了 CPU 要做一次跳转时的工作。

什么是编译地址？什么是运行地址？

32 位的处理器，它的每一条指令是 4 个字节，以 4 个字节存储顺序，进行顺序执行，CPU

是顺序执行的，只要没发生什么跳转，它会顺序进行执行，编译器会对每一条指令分配一个

编译地址，这是编译器分配的，在编译过程中分配的地址，我们称之为编译地址。

运行地址是指，程序指令真正运行的地址，是由用户指定的，用户将运行地址烧录到哪里，

哪里就是运行的地址。比如有一个指令的编译地址是 0x5，实际运行的地址是 0x200，如果

用户将指令烧到 0x200 上，那么这条指令的运行地址就是 0x200，当编译地址和运行地址不

同的时候会出现什么结果？结果是不能跳转，编译后会产生跳转地址，如果实际地址和编译

后产生的地址不相等，那么就不能跳转。C 语言编译地址都希望把编译地址和实际运行地址

放在一起的，但是汇编代码因为不需要做 C 语言到汇编的转换，可以人为的去写地址，所以

直接写的就是他的运行地址，这就是为什么任何 bootloader 刚开始会有一段汇编代码，因为

起始代码编译地址和实际地址不相等，这段代码和汇编无关，跳转用的运行地址。编译地址

和运行地址如何来算呢？假如有两个编译地址 a=0x10，b=0x7，b 的运行地址是 0x300，那

么 a 的运行地址就是 b 的运行地址加上两者编译地址的差值，a-b=0x10-0x7=0x3，a 的运行

地址就是 0x300+0x3=0x303。

假设 uboot 上两条指令的编译地址为 a=0x33000007 和 b=0x33000001，这两条指令都落在

bank6 上，现在要计算出他们对应的运行地址，要找出运行地址的始地址，这个是由用户烧

录进去的，假设运行地址的首地址是 0x0，则 a 的运行地址

为 0x7，b 为 0x1，就是这样算出来的。

为什么要分配编译地址？这样做有什么好处，有什么作用？

比如在函数 a 中定义了函数 b，当执行到函数 b 时要进行指令跳转，要跳转到 b 函数所对应

的起始地址上去，编译时，编译器给每条指令都分配了编译地址，如果编译器已经给分配了

地址就可以直接进行跳转，查找 b 函数跳转指令所对应的表，进行直接跳转，因为有个编译

地址和指令对应的一个表，如果没有分配，编译器就查找不到这个跳转地址，要进行计算，

非常麻烦。

什么是相对地址？

以 NOR Flash 为例，NOR Falsh 是映射到 bank0 上面，SDRAM 是映射到 bank6 上面，uboot

和内核最终是在 SDRAM 上面运行，最开始我们是从 Nor Flash 的零地址开始往后烧录，uboot

中至少有一段代码编译地址和运行地址是不一样的，编译 uboot 或内核时，都会将编译地址

放入到 SDRAM 中，他们最终都会在 SDRAM 中执行，刚开始 uboot 在 Nor Flash 中运行，运

行地址是一个低端地址，是 bank0 中的一个地址，但编译地址是 bank6 中的地址，这样就会

导致绝对跳转指令执行的失败，所以就引出了相对地址的概念。那么什么是相对地址呢？至

少在 bank0 中 uboot 这段代码要知道不能用 b+编译地址这样的方法去跳转指令，因为这段

代码的编译地址和运行地址不一样，那如何去做呢？要去计算这个指令运行的真实地址，计

算出来后再做跳转，应该是 b+运行地址，不能出现 b+编译地址，而是 b+运行地址，而运行

地址是算出来的。

_TEXT_BASE:

.word TEXT_BASE //0x33F80000,在 board/config.mk 中

这段话表示，用户告诉编译器编译地址的起始地址

Uboot 启动流程

1. 设置 CPU 的启动模式

reset:

//设置 CPU 进入管理模式即设置相应的 CPSR 程序状态字

/* * set the cpu to SVC32 mode*/

mrs r0,cpsr

bic r0,r0,#0x1f

orr r0,r0,#0xd3

msr cpsr,r0

2. 关闭看门狗，关闭中断，所谓的喂狗是每隔一段时间给某个寄存器置位而已，在实际

中会专门启动一个线程或进程会专门喂狗，当上层软件出现故障时就会停止喂狗，停止喂狗

之后，cpu 会自动复位，一般都在外部专门有一个看门狗，做一个外部的电路，不在 cpu 内

部使用看门狗，cpu 内部的看门狗是复位的 cpu，当开发板很复杂时，有好几个 cpu 时，就

不能完全让板子复位，但我们通常都让整个板子复位。看门狗每隔短时间就会喂狗，问题是

在两次喂狗之间的时间间隔内，运行的代码的时间是否够用，两次喂狗之间的代码是否在两

次喂狗的时间延迟之内，如果在延迟之外的话，代码还没改完就又进行喂狗，代码永远也改

不完。

//关闭看门狗的实际代码

#if defined(CONFIG_S3C2400) || defined(CONFIG_S3C2410)

ldr r0, =pWTCON //将 pwtcon 寄存器地址赋给 R0

mov r1, #0x0 //r1 的内容为 0

str r1, [r0] //将 R1 的内容送到 Ro 寄存器中去

3. 屏蔽所有中断，为什么要关中断？中断处理中 ldr pc 是将代码的编译地址放在了指针上，

而这段时间还没有搬移代码，所以编译地址上面没有这个代码，如果进行跳转就会跳转到空

指针上面

/* * mask all IRQs by setting all bits in the INTMR - default*/

mov r1, #0xffffffff //寄存器中的值全为 11111111111111111111111111111111

ldr r0, =INTMSK //将管理中断的寄存器地址赋给 ro

str r1, [r0] //将全 1 的值赋给 ro 地址中的内容

#if defined(CONFIG_S3C2410)

ldr r1, =0x3ff

ldr r0, =INTSUBMSK

str r1, [r0]

#endif

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