Bootloader的基本概念以及内部原理

多种文件系统，支持多种目标板环境参数存储介质，采用CRC32校验，可校验内核及镜像文件是否完好，提供多种控制台接口，使用户可以在不需要ICE的情况下通过串口/以太网/USB等接口下载数据并烧录到存储设备中去(这个功能在实际的产品中是很实用的，尤其是在软件现场升级的时候)，以及提供丰富的设备驱动等。

u-boot源代码的目录结构

1、board中存放于开发板相关的配置文件，每一个开发板都以子文件夹的形式出现。

2、Commom文件夹实现u-boot行下支持的命令，每一个命令对应一个文件。

3、cpu中存放特定cpu架构相关的目录，每一款cpu架构都对应了一个子目录。

4、Doc是文档目录，有u-boot非常完善的文档。

5、Drivers中是u-boot支持的各种设备的驱动程序。

6、Fs是支持的文件系统，其中最常用的是JFFS2文件系统。

7、Include文件夹是u-boot使用的头文件，还有各种硬件平台支持的汇编文件，系统配置文件和文件系统支持的文件。

8、Net是与网络协议相关的代码，bootp协议、TFTP协议、NFS文件系统得实现。

9、Tooles是生成U-boot的工具。

对u-boot的目录有了一些了解后，分析启动代码的过程就方便多了，其中比较重要的目录就是/board、/cpu、/drivers和/include目录，如果想实现u-boot在一个平台上的移植，就要对这些目录进行深入的分析。

u-boot的启动过程

系统启动的入口点。既然我们现在要分析u-boot的启动过程，就必须先找到u-boot最先实现的是哪些代码，最先完成的是哪些任务。另一方面一个可执行的image必须有一个入口点，并且只能有一个全局入口点，所以要通知编译器这个入口在哪里。由此我们可以找到程序的入口点是在/board/lpc2210/u-boot.lds中指定的，其中ENTRY(_STart)说明程序从_start开始运行，而他指向的是cpu/arm7tdmi/start.o文件。因为我们用的是ARM7TDMI的cpu架构，在复位后从地址0x00000000取它的第一条指令，所以我们将Flash映射到这个地址上，这样在系统加电后，cpu将首先执行u-boot程序。

u-boot的启动过程是多阶段实现的，分了两个阶段。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中，而且通常都是用汇编语言来实现，以达到短小精悍的目的。而stage2则通常是用C语言来实现的，这样可以实现复杂的功能，而且代码具有更好的可读性和可移植性。

下面我们先详细分析下stage1中的代码，如图2所示：

图2 Start.s程序流程

代码真正开始是在_start，设置异常向量表，这样在cpu发生异常时就跳转到/cpu/arm7tdmi/interrupts中去执行相应得中断代码。在interrupts文件中大部分的异常代码都没有实现具体的功能，只是打印一些异常消息，其中关键的是reset中断代码，跳到reset入口地址。

reset复位入口之前有一些段的声明。在reset中，首先是将cpu设置为svc32模式下，并屏蔽所有IRQ和fiq。在u-boot中除了定时器使用了中断外，其他的基本上都不需要使用中断，比如串口通信和网络等通信等，在u-boot中只要完成一些简单的通信就可以了，所以在这里屏蔽掉了所有的中断响应。

初始化外部总线。这部分首先设置了I/O口功能，包括串口、网络接口等的设置，其他I/O口都设置为GPIO。然后设置BCFG0~BCFG3，即外部总线控制器。这里bank0对应Flash，设置为16位宽度，总线速度设为最慢，以实现稳定的操作;Bank1对应DRAM，设置和Flash相同;Bank2对应RTL8019。

接下来是cpu关键设置，包括系统重映射(告诉处理器在系统发生中断的时候到外部存储器中去读取中断向量表)和系统频率。

lowlevel_init，设定RAM的时序，并将中断控制器清零。这些部分和特定的平台有关，但大致的流程都是一样的。

下面就是代码的搬移阶段了。为了获得更快的执行速度，通常把stage2加载到RAM空间中来执行，因此必须为加载Boot Loader的stage2准备好一段可用的RAM空间范围。空间大小最好是memory page大小(通常是4KB)的倍数，一般而言，1M的RAM空间已经足够了。flash中存储的u-boot可执行文件中，代码段、数据段以及BSS段都是首尾相连存储的，所以在计算搬移大小的时候就是利用了用BSS段的首地址减去代码的首地址，这样算出来的就是实际使用的空间。程序用一个循环将代码搬移到0x81180000，即RAM底端1M空间用来存储代码。然后程序继续将中断向量表搬到RAM的顶端。由于stage2通常是C语言执行代码，所以还要建立堆栈去。在堆栈区之前还要将malLOC分配的空间以及全局数据所需的空间空下来，他们的大小是由宏定义给出的，可以在相应位置修改。基本内存分布图：

图3 搬