U-boot详解：板子上电时都干了些什么

U-boot 的全称是Universal Boot Loader，是嵌入式设备中使用的一种开源主引导程序。电子产品如果没有电，跟废品没什么区别，是电赋予了他们生命，然后程序则是他们的灵魂。

小时候一直很好奇，一个个死板的电子产品为什么一上电以后就能够工作了呢？为什么一个小小芯片就能够运行我们编写的程序呢？一个开发板从刚上电到整个操作系统能够运行起来是怎么办到的呢？这些东西困扰了好久，参考了好多资料现在才慢慢弄明白其中一些原理。

如果有玩过单片机的同学应该知道，一个cpu加上一个电源，然后外接一个外部晶振就能够做成一个最小系统了，单片机就能够在他可怜的64k或者128k内存中运行起来了，这些简单的控制芯片虽然有它的存在价值，但是它不能满足日益复杂的计算需求，所以需要更快的运算速度以及更大的运行内存，因此我们会用到更复杂的处理器，比如mips、arm等。下面将使用arm s3c2440 处理器分析上电启动的过程。

作为一个嵌入式产品，它的多样性让它更具有可玩性，以及更容易适应不同的需求，它不像我们的PC启动方式相对比较单一（ROM启动），arm启动方式有从norfalsh启动、nandflash启动、SD卡启动和UBS启动等，但是他们的启动原理都是大同小异的。

开始之前，我们先理清几个概念：

SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory)：同步动态随机存取存储器，同步是指Memory工作需要步时钟，内部的命令的发送与数据的传输都以它为基准；动态是指存储阵列需要不断的刷新来保证数据不丢失；随机是指数据不是线性依次存储，而是由指定地址进行数据读写，简单的说，它就是cpu使用的外部内存，即我们常说的内存条。

SRAM是英文Static RAM的缩写，它是一种具有静止存取功能的内存，不需要刷新电路即能保存它内部存储的数据，速度比SDRAM快，一般用作高速缓冲存储器（Cache）。

norflash:非易失闪存,是一种外部存储介质，芯片内执行(XIP,eXecute In Place)，这样应用程序可以直接在flash闪存内运行，不必再把代码读到系统RAM中，由于它有地址总线，cpu可以直接从norflash中取指，直接从FLASH中运行程序，但是工艺复杂，价格比较贵，容量较小（1~4M），NOR的传输效率很高，cpu可以从norflash中读取数据，但是写入数据的时候需要指定的命令才能写入，而且每次写入之前都要执行擦除动作，决定了它的运行速度不会太快。

nandflash：它也是非易失闪存（掉电不丢失）的一种，但是它虽然有数据总线，但是没有地址总线，所以cpu不能直接从NANDFLASH中取指运行，由于它价格便宜，所以常常用来存储大量数据，和我们常说的硬盘类似。

下面将解析nandflash启动和norflash启动两种方式（arm s3c2440），其他启动方式将在uboot代码部分分析。

Nandflash启动

首先必须把一个正确的bootload烧写到nandflash的最低位置，即从0x000开始烧写。当我们选择从nandflash启动开发板的时候，开发板就会启动连接nandflash的电路结构，当开发板一上电的时候，Nand Flash控制器会自动的把Nand Flash上的前4K数据搬移到CPU的内部RAM中（SRAM）,这个内部RAM我们通常称作stepping stone，同时把这段片内SRAM映射到nGCS0片选的空间（即0x00000000），CPU从内部RAM的0x00000000位置开始启动，这个过程不需要程序干涉的。

这个过程就是启动过程的stage1,它将nandflash的前4k内容拷贝到stepping stone中，然后从stepping stone的第一条指令开始执行，这4k内容里面的指令将会完成以下几个动作：

1.硬件设备初始化

2. 加载U-Boot第二阶段代码到SDRAM空间

3. 设置好栈

4. 跳转到第二阶段代码入口

从下图我们可以看到，板子重置以后，内存的映射关系。从图中可以看到以下几点：

1.刚开始bank0~bank5是只能映射SROM的，而bank6和bank7才能够接SDRM，而且每个bank最大接128M的SDRM，所以决定了S3C2440的最大可外接SDRAM是256M；

2.从图中我们可以看到bank6的起始地址是0x3000_0000, 所以我们在执行stage1的第二个动作（加载U-Boot第二阶段代码到SDRAM空间）时，需要将uboot代码放到0x3000_000~0x4000_0000区间内（SDRAM内），才能从SDRAM中正常执行stage2；

3.当没有选择从nandflash启动时，Boot internal SRAM（4k）的起始地址是0x4000_0000, 当选择从nandflash启动时，Boot internal SRAM（4k）的起始地址是0x00, 因为我们的开发板没有外接SROM，所以bank1~bank5都是空闲的，而bank0的位置将被Boot internal SRAM（4k）替代，也就是说bank0的前4k就是stepping stone（起步石），板子上电以后，在nandflash的启动模式下，S3C2440在硬件上会完成下图中的地址映射，并自动将nandflash中的前4k拷贝到stepping stone中，并从stepping stone的开始地址(0x00)获取到第一条指令并执行。

经过上面的分析后，我们可以将上面两图合并成下图所示：

前面说了nandflash启动过程中第一个代码搬移，下面将解析第二个代码搬移，这4k代码首先会设置cpu运行模式，关看门狗，设置时钟，关中断，初始化内存，初始化nandflash，设置堆栈，然后将整个bootload搬运到SDRAM中，并跳转到SDRAM中执行。

基本过程如下图所示：

在新的uboot-2015中，这4k代码是由uboot_spl.bin完成的，下面将基于uboot-2015.10 列出uboot从上电到启动内核的整个过程进行概述：

本文转载自： https://blog.csdn.net/lee244868149/article/details/49681987