在读者学习本章之前，最好拥有外设和架构相关理论知识
本章使用的平台为百问网IMX6ULL，通过对NXP提供uboot的分析和修改，使其支持百问网IMX6ULL
本章参考文件有：《i.MX 6 BSP Porting Guide》、《ARMv7架构参考手册》
百度网盘链接：
https://pan.baidu.com/s/1h3LjDtOmAYChti7Rr30aSA
提取码为：07yl
一、uboot准备过程
首先需要解压uboot，解压后得到的顶层文件夹有：
《i.MX 6 BSP Porting Guide》中1.2.1节所述流程如下：
1. 复制开发板目录中相关文件夹（我选择的是mx6ull_ddr3_arm2）到自定义文件夹：
$ cp -R ./board/freescale/mx6ullevk/ ./board/freescale/mx6ull_lioker
$ mv ./board/freescale/mx6ull_lioker/mx6ullevk.c ./board/freescale/mx6ull_lioker/mx6ull_lioker.c
2. 复制头文件目录中相关文件为自定义文件：
$ cp ./include/configs/mx6ullevk.h ./include/configs/mx6ull_lioker.h
3. 复制配置文件目录中相关文件为自定义文件：
$ cp ./configs/mx6ull_14x14_evk_emmc_defconfig ./configs/mx6ull_lioker_defconfig
4. 修改上述自定义文件
修改后的文件存放在百度网盘链接的./uboot-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga_lioker/文件夹中
5. 修改相关的配置文件：arch/arm/cpu/armv7/mx6/Kconfig
a. 添加自定义配置选项
b. 添加自定义配置文件
在解压uboot之后，通常还需要打补丁、配置和编译。如：
1. $ patch -p1 < u-boot-2012.04.01_100ask.patch
2. $ make 100ask24x0_config
3. $ make
其中，配置和编译都会调用uboot的顶层Makefile，接下来我会简单分析此过程
本文所使用的uboot中并没有补丁文件，因此只需要配置和编译：
1. $ make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux- mx6ull_lioker_defconfig
2. $ make V=1 ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-
配置过程通过scripts/kconfig/conf生成.config，若想获取更多信息可通过修改顶层Makefile中“Q = ”实现：
通过编译过程图，可以确定编译过程所使用的链接文件和主汇编文件分别为u-boot.lds和arch/arm/cpu/armv7/start.S
二、u-boot.lds
1 OUTPUT_FORMAT("elf32-littlearm", "elf32-littlearm", "elf32-littlearm") 2 OUTPUT_ARCH(arm) 3 ENTRY(_start) 4 SECTIONS 5 { 6 . = 0x00000000; 7 . = ALIGN(4); 8 .text : 9 { 10 *(.__image_copy_start) 11 *(.vectors) 12 arch/arm/cpu/armv7/start.o (.text*) 13 *(.text*) 14 } 15 . = ALIGN(4); 16 .rodata : { *(SORT_BY_ALIGNMENT(SORT_BY_NAME(.rodata*))) } 17 . = ALIGN(4); 18 .data : { 19 *(.data*) 20 } 21 . = ALIGN(4); 22 . = .; 23 . = ALIGN(4); 24 .u_boot_list : { 25 KEEP(*(SORT(.u_boot_list*))); 26 } 27 . = ALIGN(4); 28 .image_copy_end : 29 { 30 *(.__image_copy_end) 31 } 32 .rel_dyn_start : 33 { 34 *(.__rel_dyn_start) 35 } 36 .rel.dyn : { 37 *(.rel*) 38 } 39 .rel_dyn_end : 40 { 41 *(.__rel_dyn_end) 42 } 43 .end : 44 { 45 *(.__end) 46 } 47 _image_binary_end = .; 48 . = ALIGN(4096); 49 .mmutable : { 50 *(.mmutable) 51 } 52 .bss_start __rel_dyn_start (OVERLAY) : { 53 KEEP(*(.__bss_start)); 54 __bss_base = .; 55 } 56 .bss __bss_base (OVERLAY) : { 57 *(.bss*) 58 . = ALIGN(4); 59 __bss_limit = .; 60 } 61 .bss_end __bss_limit (OVERLAY) : { 62 KEEP(*(.__bss_end)); 63 } 64 .dynsym _image_binary_end : { *(.dynsym) } 65 .dynbss : { *(.dynbss) } 66 .dynstr : { *(.dynstr*) } 67 .dynamic : { *(.dynamic*) } 68 .plt : { *(.plt*) } 69 .interp : { *(.interp*) } 70 .gnu.hash : { *(.gnu.hash) } 71 .gnu : { *(.gnu*) } 72 .ARM.exidx : { *(.ARM.exidx*) } 73 .gnu.linkonce.armexidx : { *(.gnu.linkonce.armexidx.*) } 74 }
其中，
变量_start定义在文件arch/arm/lib/vectors.S中，为0x87800000，此文件被用来定义中断向量表，其中还包含有变量.vectors和ax
通过链接文件可以确定vectors.S在start.S之前运行
变量__image_copy_start在System.map和u-boot.map中均有定义，此处以u-boot.map为例：
其他变量也可以在System.map和u-boot.map中找到定义
而且我们可以通过u-boot.map中函数所属的文件夹确定其粗略位置，如后面章节需要用到的_main()函数就定义在arch/arm/lib/文件夹内
接下来我将分析start.S，因其内容较多，因此以功能分节
三、进入Supervisor模式，屏蔽IRQ和FIQ
1 b reset vectors.S 2 -> b save_boot_params start.S 3 -> ENTRY(save_boot_params) start.S 4 -> b save_boot_params_ret start.S
其中，save_boot_params_ret()函数定义如下：
1 mrs r0, cpsr @ 将cpsr寄存器值存储至r0寄存器中 2 and r1, r0, #0x1f @ 将r0寄存器值的低5位存储至r1寄存器中 3 teq r1, #0x1a @ 判断r1寄存器值是否等于0x1a（0b11010，Hyp模式） 4 bicne r0, r0, #0x1f @ 如果不相等，则将r0寄存器值的低5位置0 5 orrne r0, r0, #0x13 @ 并且与0x13（0b10011，Supervisor模式）进行或运算 6 orr r0, r0, #0xc0 @ 将r0寄存器值的bit[7:6]置0 7 msr cpsr,r0
cpsr的格式在《ARMv7架构参考手册》中B1.3.3一节
其低五位为M[4:0]定义在B1.3.1一节
bit[7]为IRQ屏蔽位，bit[6]为FIQ屏蔽位
四、向量表重定位
/* Set V=0 in CP15 SCTLR register - for VBAR to point to vector */ /* CP15寄存器在《ARMv7架构参考手册》的Table B3-33中有定义，如下图所示 */ /* 参考《ARMv7架构参考手册》的B4.1.130一节 */ mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0 @ 将CP15协处理器c1中SCTLR值存储至r0寄存器中 /* Source Insight提示arch/arm/include/asm/system.h中有其定义：#define CR_V (1 << 13)*/ bic r0, #CR_V @ 设置向量表地址为0，让向量表可以重定位 mcr p15, 0, r0, c1, c0, 0 @ Write CP15 SCTLR Register /* Set vector address in CP15 VBAR register */ ldr r0, =_start @ _start = 0x87800000 /* 参考《ARMv7架构参考手册》的B4.1.156一节 */ mcr p15, 0, r0, c12, c0, 0 @ Set VBAR，设置向量表基地址
在上图中，读者可能会注意到的PL1 or higher
这个是ARM所划分的特权等级，在ARM v7-A架构中有PL0、PL1和PL2三种等级，PL0包含User，PL2包含Hyp，PL1包含其他模式，如下图所示：
五、设置CP15协处理器
bl cpu_init_cp15
-> ENTRY(cpu_init_cp15)
1 /* 参考《ARMv7架构参考手册》的Table B3-38 */ 2 mov r0, #0 @ set up for MCR 3 mcr p15, 0, r0, c8, c7, 0 @ invalidate TLBs，B4.2.3 PL2或Monitor Mode 4 mcr p15, 0, r0, c7, c5, 0 @ invalidate icache，B4.2.1 PL1 or higher 5 mcr p15, 0, r0, c7, c5, 6 @ invalidate branch predictors array，Table D14-3 6 mcr p15, 0, r0, c7, c10, 4 @ DSB 7 mcr p15, 0, r0, c7, c5, 4 @ ISB 8 9 /* 10 * disable MMU stuff and caches 11 */ 12 mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0 13 bic r0, r0, #0x00002000 @ clear bits 13 (--V-) 14 bic r0, r0, #0x00000007 @ clear bits 2:0 (-CAM) 15 orr r0, r0, #0x00000002 @ set bit 1 (--A-) Align 16 orr r0, r0, #0x00000800 @ set bit 11 (Z---) BTB 17 orr r0, r0, #0x00001000 @ set bit 12 (I) I-cache 18 mcr p15, 0, r0, c1, c0, 0 19 20 mov r5, lr @ Store my Caller 21 mrc p15, 0, r1, c0, c0, 0 @ r1 has Read Main ID Register (MIDR) 22 mov r3, r1, lsr #20 @ get variant field 23 and r3, r3, #0xf @ r3 has CPU variant 24 and r4, r1, #0xf @ r4 has CPU revision 25 mov r2, r3, lsl #4 @ shift variant field for combined value 26 orr r2, r4, r2 @ r2 has combined CPU variant + revision 27 28 mov pc, r5 @ back to my caller
六、lowlevel_init.S
bl cpu_init_crit start.S
-> ENTRY(cpu_init_crit)
-> b lowlevel_init
-> ENTRY(lowlevel_init) arch/arm/cpu/armv7/lowlevel_init.S
-> ldr sp, =CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR
-> bl s_init
1. 使用内部RAM设置栈顶
1 ldr sp, =CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR 2 /* 8bit对齐 */ 3 bic sp, sp, #7
CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR值确定过程如下：
ldr sp, =CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR
-> #define CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR \ include/configs/mx6ull_lioker.h
-> (CONFIG_SYS_INIT_RAM_ADDR + CONFIG_SYS_INIT_SP_OFFSET)
-> #define CONFIG_SYS_INIT_RAM_ADDR IRAM_BASE_ADDR
-> #define CONFIG_SYS_INIT_SP_OFFSET \
-> (CONFIG_SYS_INIT_RAM_SIZE - GENERATED_GBL_DATA_SIZE)
-> #define CONFIG_SYS_INIT_RAM_SIZE IRAM_SIZE
也就是CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR = IRAM_BASE_ADDR + IRAM_SIZE - GENERATED_GBL_DATA_SIZE
IRAM_BASE_ADDR和IRAM_SIZE根据mx6ull_lioker.h头文件和如下的grep命令确定定义在arch/arm/include/asm/arch/imx-regs.h中
$ grep "IRAM_BASE_ADDR" * -nR
arch/arm/include/asm/arch/为arch/arm/include/asm/arch-mx6/的链接文件
GENERATED_GBL_DATA_SIZE根据如下的grep命令确定定义在include/generated/generic-asm-offsets.h中，grep命令如下：
上述变量定义如下：
1 #define IRAM_BASE_ADDR 0x00900000 2 3 /* CONFIG_MX6UL在.config中定义，因此IRAM_SIZE = 0x00040000 */ 4 #if !(defined(CONFIG_MX6SX) || defined(CONFIG_MX6UL) || \ 5 defined(CONFIG_MX6SLL) || defined(CONFIG_MX6SL)) 6 #define IRAM_SIZE 0x00040000 7 #else 8 #define IRAM_SIZE 0x00020000 9 #endif 10 11 #define GENERATED_GBL_DATA_SIZE 256
最终，CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR = 0x0091FF00
2. s_init()函数
1 /* Save the old lr(passed in ip) and the current lr to stack */ 2 push {ip, lr} 3 /* 4 * Call the very early init function. This should do only the 5 * absolute bare minimum to get started. It should not: 6 * 7 * - set up DRAM 8 * - use global_data 9 * - clear BSS 10 * - try to start a console 11 */ 12 bl s_init 13 pop {ip, pc}
s_init()函数定义在arch/arm/cpu/armv7/mx6/soc.c中：
1 void s_init(void) { 2 ... /* 省略变量定义代码 */ 3 if (is_cpu_type(MXC_CPU_MX6SX) || is_cpu_type(MXC_CPU_MX6UL) || 4 is_cpu_type(MXC_CPU_MX6ULL) || is_cpu_type(MXC_CPU_MX6SLL)) 5 return; 6 ... 7 }
对于IMX6ULL芯片，s_init()函数为空函数
cpu_init_cp15()和cpu_init_crit()函数执行完后，开始执行指令bl _main
七、_main()函数
在第二节中，我们已经确定_main()函数定义在arch/arm/lib/文件夹内
在arch/arm/lib/文件夹内执行grep命令，从而确定_main()函数定义在arch/arm/lib/crt0.S文件中
