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uboot启动过程之第二阶段的分析（board.c的分析）
时间：201812月中旬
者：cryil_先森
以朱有鹏课程中uboot-samsung-dev为分析对象
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宏观分析：
初始化第一阶段结束还没被初始化的硬件；SOC的外部硬件（inand，网卡等）；uboot本身的一些东西（uboot的命令，环境变量），最终初始化完进入uboot的命令行准备接受命令。
在这个C语言程序之中，大部分是对于环境变量的初始化，对于函数的定义和初始化，真正这些变量和函数使用的地方是在void start_armboot(void) 函数之中，统筹了板子的硬件的初始化。
uboot的启动概述：
主要是对开发板级别的硬件的初始化、软件的数据结构进行初始化。uboot在启动完后打印出很多的信息，然后进入倒数bootdelay秒后执行bootcmd对应的启动命令。如果用户没有进行干涉则会执行bootcmd进入自动启动内核流程（此时uboot就死掉了），此时用户可以按下回车键打断uboot的自启动过程进入uboot的命令行下，然后uboot就会一直工作在命令行下。而uboot的命令行就是一个死循环，循环体内不断地重复：接受命令，解析命令，执行命令。
***1.一个重要的函数指针数组init_sequence[]：
cpu_init, 空的
reloc_init,
board_init, 网卡，机器码，内存传参地址
interrupt_init, 定时器
env_init,
init_baudrate, 波特率数据结构
serial_init, 串口初始化（空的）
console_init_f, 空的
display_banner, 打印启动信息
print_cpuinfo, 打印出CPU时钟设置信息
checkboard, 检验开发板名字
init_func_i2c,
dram_init, 初始化gd数据结构的
display_dram_config, 打印出DDR的配置信息
***2.其他
mem_malloc_init 初始化堆内存
mmc_initialize inand/SD卡的SOC控制器和卡的初始化
env_relocate (); 环境变量的重定位
devices_init (); 基本为空的
jumptable_init (); 无用的
console_init_r() 真正的控制台初始化
enable_interrupts 基本为空的
loadaddr和bootfile 环境变量的读出，初始化全局变量
board_late_init() 最后的补充初始化函数，基本为空
eth_initialize() 网卡芯片本身的一些硬件初始化
main_loop() uboot工作的死循环。
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具体的分析如下：
***1.引用了一个全局变量：
DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR这个全局变量在Global_data.h头文件之中被定义
#define DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR register volatile gd_t *gd asm ("r8")DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR其实是一个全局变量gd，这个全局变量在asm寄存器r8位被使用 同时这个全局变量是一个指向gd_t类型变量的指针。
***2.引出了两个结构体gd_t和bd_t （Global_data.h中）
**1.gd_t
typedef struct global_data {
bd_t *bd;
unsigned long flags;
unsigned long baudrate;
unsigned long have_console; /* serial_init() was called */
unsigned long reloc_off; /* Relocation Offset */
unsigned long env_addr; /* Address of Environment struct */
unsigned long env_valid; /* Checksum of Environment valid? */
unsigned long fb_base; /* base address of frame buffer */
#ifdef CONFIG_VFD
unsigned char vfd_type; /* display type */
#endif
#if 0
unsigned long cpu_clk; /* CPU clock in Hz! */
unsigned long bus_clk;
phys_size_t ram_size; /* RAM size */
unsigned long reset_status; /* reset status register at boot */
#endif
void **jt; /* jump table */
} gd_t;
分析：这个全局变量实际上是一个结构体，结构体内是uboot中常用的所有全局变量。而bd_t 则是一个和开发板版级信息直接相关的结构体，结构体内包含：板子的硬件信息，IP地址，机器码，
以及DDR内存分布情况的结构体bi_dram[CONFIG_NR_DRAM_BANKS]等。
**2.bd_t:
typedef struct bd_info {
int bi_baudrate; /* serial console baudrate */
定义了波特率
unsigned long bi_ip_addr; /* IP Address */
定义了IP地址
unsigned char bi_enetaddr[6]; /* Ethernet adress */
定义了一个数组，用来存在内存块
struct environment_s *bi_env;
定义了环境变量
ulong bi_arch_number; /* unique id for this board */
定义了机器码
ulong bi_boot_params; /* where this board expects params */
定义了内核的传参地址
struct /* RAM configuration */
{
ulong start;
ulong size;
} bi_dram[CONFIG_NR_DRAM_BANKS];
定义了一个关于DDR的结构体
#ifdef CONFIG_HAS_ETH1
/* second onboard ethernet port */
unsigned char bi_enet1addr[6];
#endif
} bd_t;***3.一系列初始化函数的定义：（在后面的程序之中会给出初始化函数的执行顺序）
**1.version_string[]数组：
const char version_string[] =
U_BOOT_VERSION" (" __DATE__ " - " __TIME__ ")"CONFIG_IDENT_STRING; 分析：定义了一个字符串数组，这个数组内记录了板子的信息和烧录信息。baudratebaudrateversion_string 这个参数的一部分是主Makefile传过来的，代表板子的版本号； " (" __DATE__ " - " __TIME__ ")"是烧录时的时间信息；CONFIG_IDENT_STRING是板子对应的芯片信息，而这个字符串数组在之后被引用 display_banner, /* say that we are here */用串口打印显示出uboot的logo，（此时控制台还未完全初始化完成，通过一系列函数的调用直接控制串口寄存器，打印输出uboot的logo）
static int init_baudrate (void) 波特率的初始化函数
static int display_banner (void) 串口打印初始化函数**2一个重要的函数指针数组init_sequence[]
大致进行一下操作：板级硬件的初始化，gd、gd-bd的初始化，网卡的初始化，机器码（gd-bd-bi_arch_number）,内核传参DDR的地址（gd->bd->bi_boot_params）,波特率，打印出CPU的启动信息，打印出CPU的相关设置信息，检查并打印当前开发板名字，DDR的配置信息的初始化。
定义了一个init_fnc_t类型的数组，数组内存放的是指针（实际上是数组内函数的首地址）
数组内储存了很多个函数指针，这些指向的函数都是init_fnc_t类型的（接受void类型参数返回int型参数）。init_sequence在定义之初同时被初始化，初始化的函数指针都是一些函数名（函数名可以做指针使用），而这些函数都是board级别的硬件初始化函数。
typedef int (init_fnc_t) (void);
int print_cpuinfo (void); /* test-only */
init_fnc_t *init_sequence[] = { cpu_init, /* basic cpu dependent setup */初始化CPU
#if defined(CONFIG_SKIP_RELOCATE_UBOOT)
reloc_init, /* Set the relocation done flag, must
do this AFTER cpu_init(), but as soon
as possible */
#endif
board_init, /* basic board dependent setup */详见下面
interrupt_init, /* set up exceptions */初始化定时器
env_init, /* initialize environment */初始化环境变量
init_baudrate, /* initialze baudrate settings */
serial_init, /* serial communications setup */
console_init_f, /* stage 1 init of console */ 控制台初始化
注：在初始化时不能一次初始化完成时分两步进行，_f第一阶段 _r第二阶段
display_banner, /* say that we are here */ 打印出version_string
#if defined(CONFIG_DISPLAY_CPUINFO)
print_cpuinfo, /* display cpu info (and speed) */打印出CPU的信息（波特率）
#endif
#if defined(CONFIG_DISPLAY_BOARDINFO)
checkboard, /* display board info */
#endif打印出板子的信息
#if defined(CONFIG_HARD_I2C) || defined(CONFIG_SOFT_I2C)
init_func_i2c,
#endif
dram_init, /* configure available RAM banks */ 关于DDR的初始化，其实在汇编阶段已经进行了一次初始化(从硬件的角度)
查看原函数可知此次的初始化规定了各个内存块的起始地址和大小
display_dram_config,
NULL,
};打印显示DDR的配置信息
**3.板子的初始化细究（board_init）：
int board_init(void)
{
DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR;
#ifdef CONFIG_DRIVER_SMC911X
smc9115_pre_init();
#endif
#ifdef CONFIG_DRIVER_DM9000
dm9000_pre_init();
#endif分析：再次引用了gd这个结构体，主要完成网卡的GPIO和端口的配置，而不是驱动，移植时驱动不用修改，只用改动初始化函数。
gd->bd->bi_arch_number = MACH_TYPE; 分析：bi_arch_number：开发板的机器码，是board.info的一个元素。在uboot和Linux内核之间进行比对和配置。由于嵌入式设备的高度定制化，导致软件和硬件不能随意适配使用。板子的机器码和uboot、Linux的内核进行比对，然后决定是否启动。uboot中配置的机器码会作为参数传给Linux内核，内核启动时会进行再次比对决定是否启动。
gd->bd->bi_boot_params = (PHYS_SDRAM_1+0x100);
return 0;
} 分析：bi_boot_params是uboot传给Linux的参数，代表Linux内核启动时的内存地址，之后uboot就能启动内核（启动过程其实是寄存器R0 R1 R2来直接传递参数的） uboot事先准备好参数bootargs（字符串）放在内存之中，通过uboot的传参，内核启动时就会知道bootargs的内存地址（0x20000100）。
注：初始化DDR（和汇编阶段lowlever_init中的初始化DDR是不同的，当时只是进行硬件的初始化，使得DDR能够开始工作），进行软件结构中的一些DDR相关的属性配置、地址设置的初始化。
在uboot设计时，开发者在***.h(板载头文件)中使用宏定义去配置出来DDR的内存信息，然后uboot只需读取这些信息即可知道DDR的内存信息。
PHYS_SDRAM_1是DDR的地址信息，同时在它定义的地方之后也定义了DDR的个数，大小。
同时也对DDR的各个分区做出了定义，定义了DDR各个分区大小，起始地址
int dram_init(void)
{
DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR;
gd->bd->bi_dram[0].start = PHYS_SDRAM_1;
gd->bd->bi_dram[0].size = PHYS_SDRAM_1_SIZE;
#if defined(PHYS_SDRAM_2)
gd->bd->bi_dram[1].start = PHYS_SDRAM_2;
gd->bd->bi_dram[1].size = PHYS_SDRAM_2_SIZE;
#endif
return 0;
}***4.板子初始化启动过程的整体架构 void start_armboot (void)
**1.定义了一个二重函数指针init_fnc_ptr：
（这里用来指向一个函数指针数组）
init_fnc_t **init_fnc_ptr;
typedef int (init_fnc_t) (void);
char *s;
int mmc_exist = 0;**2.一系列的判断是否初始化：
#if !defined(CFG_NO_FLASH) || defined (CONFIG_VFD) || defined(CONFIG_LCD)
ulong size;
#endif
#if defined(CONFIG_VFD) || defined(CONFIG_LCD)
unsigned long addr;
#endif
#if defined(CONFIG_BOOT_MOVINAND)
uint *magic = (uint *) (PHYS_SDRAM_1);
#endif
/* Pointer is writable since we allocated a register for it */
#ifdef CONFIG_MEMORY_UPPER_CODE /* by scsuh */
ulong gd_base;**3.uboot的内存排布：
gd_base = CFG_UBOOT_BASE + CFG_UBOOT_SIZE - CFG_MALLOC_LEN - CFG_STACK_SIZE - sizeof(gd_t); 由于gd和bd都是一个指针类型的全局变量，gd和bd变量在使用前需要被分配内存，而此时是裸机状态，系统不会自动的进行内存的分配，只能人为的为其指定内存区域。而gd_base规定了我们指针开始访问的地址，为指针找到了一块安全的内存空间。（详见文件夹内的图片）
分析：gd_base是gd这段内存存放在内存之中的起始地址。
CFG_UBOOT_BASE：uboot代码的起始地址。（uboot实际大小为200kb左右）
CFG_UBOOT_SIZE：系统为uboot分配的内存空间（2MB）
CFG_MALLOC_LEN：堆区，长度为912KB
CFG_STACK_SIZE：栈区，长度为512kb
sizeof(gd_t)：gd全局变量的内存空间，长度为36字节
bd：bd全局变量的内存空间，长度为字节。
综上所述：gd的内存地址在uboot起始地址+600kb左右的空间内，而一般情况下uboot只有200kb左右，两者之间有着400kb左右的间隔。
#ifdef CONFIG_USE_IRQ
gd_base -= (CONFIG_STACKSIZE_IRQ+CONFIG_STACKSIZE_FIQ);
#endif
gd = (gd_t*)gd_base; 分析：将gd_base代表的数字强制类型转化为指针类型然后赋值给gd，此时gd就指向了这段存放gd全局变量的内存地址。
#else //CONFIG_USE_IRQ
gd = (gd_t*)(_armboot_start - CFG_MALLOC_LEN - sizeof(gd_t));
#endif //CONFIG_MEMORY_UPPER_CODE
/* compiler optimization barrier needed for GCC >= 3.4 */
__asm__ __volatile__("": : :"memory");
memset ((void*)gd, 0, sizeof (gd_t));
gd->bd = (bd_t*)((char*)gd - sizeof(bd_t));
memset (gd->bd, 0, sizeof (bd_t));
monitor_flash_len = _bss_start - _armboot_start;分析：在使用之前清除栈中的变量。
**4.板子初始化的真正开始：
for (init_fnc_ptr = init_sequence; *init_fnc_ptr; ++init_fnc_ptr) {
if ((*init_fnc_ptr)() != 0) {
hang ();
}
}
for循环内从第一个函数cpu_init开始，遍历整个函数数组，从而依次调用每一个函数，而数组内的每一个函数的返回值都是0，依次将每一个函数的返回值和0进行判断，从而决定是否执行hang ()。
而hang ()函数为：
void hang (void)
{
puts ("### ERROR ### Please RESET the board ###\n");
for (;;);
}hang ()是一个启动过程错误判断函数，如果某一个函数执行错误，uboot的启动就会中止，然后打印错误。
***5.一些零碎的初始化、定义。
**1.CFG_NO_FLASH
#ifndef CFG_NO_FLASH
/* configure available FLASH banks */
size = flash_init ();
display_flash_config (size);
#endif /* CFG_NO_FLASH */分析：在启动时打印显示出nand的内存大小。
**2.CONFIG_VFD和CONFIG_LCD都是显示相关的
分析：uboot中自带的lcd显示架构，但是在启动时实际没有使用，我们在后面自己添加了一个lcd显示的部分。
**3.DDR堆的初始化
mem_malloc_init (CFG_UBOOT_BASE + CFG_UBOOT_SIZE - CFG_MALLOC_LEN - CFG_STACK_SIZE);分析：具体看mem_malloc_init函数可知，括号内传入的参数是堆的起始地址，在初始化函数中申请了堆内存，并规定了堆的大小。从而达到自己维护堆内存的目的。
**4.判断适配出和自己板子相同的文件然后进行下一步的操作。
#if defined(CONFIG_SMDKC110)
#if defined(CONFIG_GENERIC_MMC)
puts ("SD/MMC: ");
mmc_exist = mmc_initialize(gd->bd);
if (mmc_exist != 0)
{
puts ("0 MB\n");
}
#endif
#if defined(CONFIG_MTD_ONENAND)
puts("OneNAND: ");
onenand_init();
/*setenv("bootcmd", "onenand read c0008000 80000 380000;bootm c0008000");*/
#else
//puts("OneNAND: (FSR layer enabled)\n");
#endif
#if defined(CONFIG_CMD_NAND)
puts("NAND: ");
nand_init();
#endif 分析：mmc_exist = mmc_initialize(gd->bd);
初始化SOC内部的SD/MMC控制器，实际上再次调用了board_mmc_init和cpu_mmu_init函数来完成具体的硬件MMC控制器的初始化。
注：uboot对硬件的初始化操作（网卡，SD卡..）都是通过借用Linux内核中的驱动来实现的在uboot/drivers内都是从内核移植过来的各种驱动的源代码。
**5.环境变量的导入
#ifdef CONFIG_HAS_DATAFLASH
AT91F_DataflashInit();
dataflash_print_info();
#endif
/* initialize environment */
env_relocate ();
分析：由于uboot中使用的是SD卡，不是DATAFLASH，所以直接进行endif的语句，进行环境变量的重定位，将SD卡的环境变量读取到DDR中。
#ifdef CONFIG_VFD和#ifdef CONFIG_SERIAL_MULT均与我们的板子无关
**6.IP地址和MAC地址的获取
/* IP Address */
gd->bd->bi_ip_addr = getenv_IPaddr ("ipaddr");
IPaddr_t getenv_IPaddr (char *var)
{
return (string_to_ip(getenv(var)));
} 分析：开发板的IP地址用环境变量gd->bd->bi_ip_addr来表示。
getenv_IPaddr函数用来获取字符串格式的IP地址，然后用string_to_ip函数字符串格式的IP地址转换成点分式十进制格式。（也就是通常意义的IP地址）
/* MAC Address */
{
int i;
ulong reg;
char *s, *e;
char tmp[64];
i = getenv_r ("ethaddr", tmp, sizeof (tmp));
s = (i > 0) ? tmp : NULL;
for (reg = 0; reg < 6; ++reg) {
gd->bd->bi_enetaddr[reg] = s ? simple_strtoul (s, &e, 16) : 0;
if (s)
s = (*e) ? e + 1 : e;
}分析：MAC Address是网卡的硬件地址。 用环境变量gd->bd->bi_enetaddr来表示。
可以看出来，网卡的硬件地址由六部分构成，由函数getenv_r获取，在经过非零判断最后将其赋值给gd->bd->bi_enetaddr。
**7.驱动设备的初始化
devices_init (); /* get the devices list going. */分析：直接从驱动架构框架衍生出来的，来源于Linux内核中驱动的源码，作用就是集中执行各种硬件驱动的init函数。
**8.定义了一个跳转表
jumptable_init ();分析：其实本身是一个函数指针数组，里面记录了很多函数名，将来可以使用跳转表内的函数指针执行相应的函数
（相当于init_fnc_t *init_sequence[]）这就实现了用C语言完成面向对象的编程。但是分析可知跳转表只是被赋值，并没有被使用过。
**9.控制台的第二阶段的初始化
#if !defined(CONFIG_SMDK6442)
console_init_r (); /* fully init console as a device */
#endif分析：console_init_r是console（控制台）纯软件配置架构方面的初始化，属于纯软件配置类型的初始化。他直接调用串口通讯的函数。
**10.中断的初始化函数
enable_interrupts ();分析：CPSR总中断标志位的使能。
**11.两个环境变量loadaddr和bootfile
/* Initialize from environment */
if ((s = getenv ("loadaddr")) != NULL) {
load_addr = simple_strtoul (s, NULL, 16);
}
#if defined(CONFIG_CMD_NET)
if ((s = getenv ("bootfile")) != NULL) {
copy_filename (BootFile, s, sizeof (BootFile));
}
#endif分析：内核启动有关的环境变量，在启动内核时会参考这两个环境变量的值。
**12.开发板级别的最后部分的初始化
#ifdef BOARD_LATE_INIT
board_late_init ();
#endif
**13.网卡芯片本身的一些硬件初始化
eth_initialize(gd->bd);分析：这里的初始化不是SOC与网卡连接时SOC的初始化，只是本身的初始化。
**14.关于IDE的初始化
#if defined(CONFIG_CMD_IDE)
puts("IDE: ");
ide_init();
#endif**15.启动成功，uboot进入死循环
/* main_loop() can return to retry autoboot, if so just run it again. */
for (;;) {
main_loop ();
}
/* NOTREACHED - no way out of command loop except booting */
} 分析：uboot进入死循环，不间断的进行检测命令，执行命令的操作。
main_loop的功能：解析器；开机倒数执行；命令的补全
**16.启动错误打印函数
void hang (void)
{
puts ("### ERROR ### Please RESET the board ###\n");
for (;;);
}
分析：在之前的start_armboot函数中有使用，当启动过程有任意一个初始化出错时，就会打印出### ERROR ### Please RESET the board ###，一些初始化归零，启动失败。
注：DDR内的一部分内存分布情况：
