【朱兆祺带你学嵌入式】第二章第八节 U-Boot-2013.04启动分析（4）

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1)        调用board_init_f函数

    bl  board_init_f

实际上，board_init_f()函数是U-Boot执行的第一个C语言函数：void board_init_f(ulong bootflag)，这个函数位于arch/arm/lib目录下的board.c文件中。

void board_init_f()函数的主要工作是：清空gd指向的结构体、逐步填充结构体，执行init_fnc_ptr函数指针数组中的各个初始化函数和划分内存区域等。结构体成员的初始化贯穿于board_init_f函数的整个过程，多数情况下成员的值是根据顶层配置文件的宏确定的。

    /* Pointer is writable since we allocated a register for it */

    gd = (gd_t *) ((CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR) & ~0x07);

gd_t是一个结构体类型，其定义在arch/arm/include/asm目录下的global_data.h文件中，前面已经详细分析过。

memset((void *)gd, 0, sizeof(gd_t));

将gd所指向的结构体内所有变量清零，长度为：sizeof(gd_t)。清空之后，在board_init_f()函中后面有很多代码是对gd所指向的结构体的成员进行重新复赋值。

    for (init_fnc_ptr = init_sequence; *init_fnc_ptr; ++init_fnc_ptr) {

        if ((*init_fnc_ptr)() != 0) {

            hang ();

        }

    }

在U-Boot中定义了一个init_sequence函数指针数组：

init_fnc_t *init_sequence[] = {

    arch_cpu_init,      /* basic arch cpu dependent setup */

    mark_bootstage,

#ifdef CONFIG_OF_CONTROL

    fdtdec_check_fdt,

#endif

#if defined(CONFIG_BOARD_EARLY_INIT_F)

    board_early_init_f,

#endif

    timer_init,     /* initialize timer */

#ifdef CONFIG_BOARD_POSTCLK_INIT

    board_postclk_init,

#endif

#ifdef CONFIG_FSL_ESDHC

    get_clocks,

#endif

    env_init,       /* initialize environment */

    init_baudrate,      /* initialze baudrate settings */

    serial_init,        /* serial communications setup */

    console_init_f,     /* stage 1 init of console */

    display_banner,     /* say that we are here */

#if defined(CONFIG_DISPLAY_CPUINFO)

    print_cpuinfo,      /* display cpu info (and speed) */

#endif

#if defined(CONFIG_DISPLAY_BOARDINFO)

    checkboard,     /* display board info */

#endif

#if defined(CONFIG_HARD_I2C) || defined(CONFIG_SOFT_I2C)

    init_func_i2c,

#endif

    dram_init,      /* configure available RAM banks */

    NULL,

};

函数的类型为init_fnc_t，init_fnc_t也是一个新定义的数据类型，这个数据类型是传入参数为空，返回值为有符号整形的函数，函数用于初始化工作。如下：

typedef int (init_fnc_t) (void);

board_init_f函数使用一个for循环语句来逐一执行数组中的初始化函数，如果初始化函数返回值不为0，程序调用hang函数挂起，不再继续往下运行。

addr = CONFIG_SYS_SDRAM_BASE + gd->ram_size;

这行代码告诉我们SDRAM的末位物理地址为0x5800 0000，即SDRAM的空间分布为0x5000 0000~0x57FF FFFF。说明SDRAM一共128MB的空间。

接下来的代码程序就是对这128M内存进行划分。

#ifdef CONFIG_PRAM

    /*

     * reserve protected RAM

     */

    reg = getenv_ulong("pram", 10, CONFIG_PRAM);

    addr -= (reg << 10);        /* size is in kB */

    debug("Reserving %ldk for protected RAM at %08lx\n", reg, addr);

#endif /* CONFIG_PRAM */

#if !(defined(CONFIG_SYS_ICACHE_OFF) && defined(CONFIG_SYS_DCACHE_OFF))

    /* reserve TLB table */

    addr -= (4096 * 4);

    /* round down to next 64 kB limit */

    addr &= ~(0x10000 - 1);

    gd->tlb_addr = addr;

    debug("TLB table at: %08lx\n", addr);

#endif

    /* round down to next 4 kB limit */

    addr &= ~(4096 - 1);

    debug("Top of RAM usable for U-Boot at: %08lx\n", addr);

这里告诉我们是将SDRAM的最后64K（addr &= ~(0x10000 - 1)）分配给TLB，所分配的地址为：0x57FF 0000~0x57FF FFFF。

#ifdef CONFIG_LCD

#ifdef CONFIG_FB_ADDR

    gd->fb_base = CONFIG_FB_ADDR;

#else

    /* reserve memory for LCD display (always full pages) */

    addr = lcd_setmem(addr);

    gd->fb_base = addr;

#endif /* CONFIG_FB_ADDR */

#endif /* CONFIG_LCD */

    /*

     * reserve memory for U-Boot code, data & bss

     * round down to next 4 kB limit

     */

    addr -= gd->mon_len;

    addr &= ~(4096 - 1);

    debug("Reserving %ldk for U-Boot at: %08lx\n", gd->mon_len >> 10, addr);

这段代码是在SDRAM中从后往前给u-boot分配BSS、数据段、代码段，分配地址为：0x57F7 5000~0x57FE FFFF。

/*

     * reserve memory for malloc() arena

     */

    addr_sp = addr - TOTAL_MALLOC_LEN;

    debug("Reserving %dk for malloc() at: %08lx\n",

            TOTAL_MALLOC_LEN >> 10, addr_sp);

从后往前紧挨着代码段开辟一块了malloc空间，给予的地址为：0x57E6 D000~0x57E7 4FFF。

    /*

     * (permanently) allocate a Board Info struct

     * and a permanent copy of the "global" data

     */

    addr_sp -= sizeof (bd_t);

    bd = (bd_t *) addr_sp;

    gd->bd = bd;

    debug("Reserving %zu Bytes for Board Info at: %08lx\n",

            sizeof (bd_t), addr_sp);

为bd结构体分配空间，地址为：0x57E6 CFD8~0x57E6 CFFF。

    addr_sp -= sizeof (gd_t);

    id = (gd_t *) addr_sp;

    debug("Reserving %zu Bytes for Global Data at: %08lx\n",

            sizeof (gd_t), addr_sp);

这是给gd结构体分配空间，地址为：0x57E6 CF60~0x57E6 CFD7。

    /* setup stackpointer for exeptions */

    gd->irq_sp = addr_sp;

#ifdef CONFIG_USE_IRQ

    addr_sp -= (CONFIG_STACKSIZE_IRQ+CONFIG_STACKSIZE_FIQ);

    debug("Reserving %zu Bytes for IRQ stack at: %08lx\n",

        CONFIG_STACKSIZE_IRQ+CONFIG_STACKSIZE_FIQ, addr_sp);

#endif

    /* leave 3 words for abort-stack    */

    addr_sp -= 12;

    /* 8-byte alignment for ABI compliance */

    addr_sp &= ~0x07;

#else

    addr_sp += 128; /* leave 32 words for abort-stack   */

    gd->irq_sp = addr_sp;

#endif

    debug("New Stack Pointer is: %08lx\n", addr_sp);

分配异常中断空间，地址：0x57E6 CF50~0x57E6 CF5F。

图1. 16  SDRAM内存划分图

综合上面SDRAM的分配，那么内存分配即为如图1. 16所示。SDRAM的空间大小为128MB。

其中在smdk6410.h中，有这么一个宏定义：

#define CONFIG_SYS_SDRAM_BASE   0x50000000

这说明SDRAM的起始地址是：0x5000 0000。

完成gd结构体的初始化和内存的划分之后，执行board_init_f()函数的最后一行代码：

relocate_code(addr_sp, id, addr);

这行代码的意思很明显是要跳回到start.S中，跳回start.S中紧接着的是下面这一段代码。

    .globl  relocate_code

relocate_code:

    mov r4, r0  /* save addr_sp */

    mov r5, r1  /* save addr of gd */

    mov r6, r2  /* save addr of destination */

将relocate_code()说带回来的三个参数分别装入r4、r5、r6寄存器中。

但是注意到，relocate_code这个函数的声明实在commom.h中，如下：

void    relocate_code (ulong, gd_t *, ulong) __attribute__ ((noreturn));

relocate_code函数的三个参数分别栈顶地址、数据ID（即全局结构gd）在SDRAM中的起始地址和在SDRAM中存储U-Boot的起始地址。

在start.S中所接着进行的是设置堆栈指针，如下：

/* Set up the stack                         */

stack_setup:

    mov sp, r4

    adr r0, _start

    cmp r0, r6

    moveq   r9, #0      /* no relocation. relocation offset(r9) = 0 */

    beq clear_bss       /* skip relocation */

    mov r1, r6          /* r1 <- scratch for copy_loop */

    ldr r3, _bss_start_ofs

    add r2, r0, r3      /* r2 <- source end address    */

copy_loop:

    ldmia   r0!, {r9-r10}       /* copy from source address [r0]    */

    stmia   r1!, {r9-r10}       /* copy to   target address [r1]    */

    cmp r0, r2          /* until source end address [r2]    */

    blo copy_loop

r4是刚刚传回来的堆栈指针，那么将r4给sp，设定堆栈指针。

r6是在SDRAM中存储u-boot的起始地址，将r0和r6进行比较。如果此时的u-boot已经是在SDRAM中，则beq         clear_bss；如果不是，在NandFlash中，则要将u-boot复制到SDRAM中。

clear_bss:

#ifndef CONFIG_SPL_BUILD

    ldr r0, _bss_start_ofs

    ldr r1, _bss_end_ofs

    mov r4, r6          /* reloc addr */

    add r0, r0, r4

    add r1, r1, r4

    mov r2, #0x00000000     /* clear                */

clbss_l:cmp r0, r1          /* clear loop... */

    bhs clbss_e         /* if reached end of bss, exit */

    str r2, [r0]

    add r0, r0, #4

    b   clbss_l

clbss_e:

#ifndef CONFIG_NAND_SPL

    bl coloured_LED_init

    bl red_led_on

#endif

#endif

上面这段代码是对BSS进行清零操作。

/*

* We are done. Do not return, instead branch to second part of board

* initialization, now running from RAM.

*/

#ifdef CONFIG_NAND_SPL

    ldr     pc, _nand_boot

_nand_boot: .word nand_boot

#else

    ldr r0, _board_init_r_ofs

    adr r1, _start

    add lr, r0, r1

    add     lr, lr, r9

    /* setup parameters for board_init_r */

    mov r0, r5      /* gd_t */

    mov r1, r6      /* dest_addr */

    /* jump to it ... */

    mov pc, lr

_board_init_r_ofs:

    .word board_init_r - _start

#endif

上面这段代码如果是NAND 启动的话，那么就设置SP后跳到nand_boot()函数里面进行复制代码到SDRAM，然后跳到U-Boot在SDRAM 的起始地址开始运行。但是由于CONFIG_NAND_SPL没有宏定义，则是执行else。在进入board_init_r之前，给了两个参数：r5、r6。

r5：数据ID（即全局结构gd）在SDRAM中的起始地址。

r6：在SDRAM中存储U-Boot的起始地址。