十一、U-Boot 启动流程详解
（1）链接脚本 u-boot.lds 详解
在编译实现当前就会在 uboot 根目录下生成 u-boot.lds文件，从该文件来剖析 U-boot 启动流程。
/*1. 第 3 行为代码以后入口点： _start， _start 在文件 arch/arm/lib/vectors.S 中有定义2. __image_copy_start 这个变量是在 u-boot-spl.lds 文件里定义的，是这个链接文件的 .text 段的开始地址*/OUTPUT_FORMAT("elf32-littlearm", "elf32-littlearm", "elf32-littlearm")OUTPUT_ARCH(arm)ENTRY(_start)SECTIONS{ . = 0x00000000; . = ALIGN(4); .text : { *(.__image_copy_start) *(.vectors) arch/arm/cpu/armv7/start.o (.text*) *(.text*) } . = ALIGN(4); .rodata : { *(SORT_BY_ALIGNMENT(SORT_BY_NAME(.rodata*))) } . = ALIGN(4); .data : { *(.data*) } . = ALIGN(4); . = .; . = ALIGN(4); .u_boot_list : { KEEP(*(SORT(.u_boot_list*))); } . = ALIGN(4); .image_copy_end : { *(.__image_copy_end) } .rel_dyn_start : { *(.__rel_dyn_start) } .rel.dyn : { *(.rel*) } .rel_dyn_end : { *(.__rel_dyn_end) } .end : { *(.__end) } _image_binary_end = .; . = ALIGN(4096); .mmutable : { *(.mmutable) } .bss_start __rel_dyn_start (OVERLAY) : { KEEP(*(.__bss_start)); __bss_base = .; } .bss __bss_base (OVERLAY) : { *(.bss*) . = ALIGN(4); __bss_limit = .; } .bss_end __bss_limit (OVERLAY) : { KEEP(*(.__bss_end)); } .dynsym _image_binary_end : { *(.dynsym) } .dynbss : { *(.dynbss) } .dynstr : { *(.dynstr*) } .dynamic : { *(.dynamic*) } .plt : { *(.plt*) } .interp : { *(.interp*) } .gnu.hash : { *(.gnu.hash) } .gnu : { *(.gnu*) } .ARM.exidx : { *(.ARM.exidx*) } .gnu.linkonce.armexidx : { *(.gnu.linkonce.armexidx.*) }}在文件 arch/arm/lib/vectors.S 中，能够看到定义了独自的段.section ".vectors", "ax"。_start 前面就是中断向量表。
#include <config.h>/* ************************************************************************* * * Symbol _start is referenced elsewhere, so make it global * ************************************************************************* */.globl _start/* ************************************************************************* * * Vectors have their own section so linker script can map them easily * ************************************************************************* */ .section ".vectors", "ax"/* ************************************************************************* * * Exception vectors as described in ARM reference manuals * * Uses indirect branch to allow reaching handlers anywhere in memory. * ************************************************************************* */_start:#ifdef CONFIG_SYS_DV_NOR_BOOT_CFG .word CONFIG_SYS_DV_NOR_BOOT_CFG#endif b reset ldr pc, _undefined_instruction ldr pc, _software_interrupt ldr pc, _prefetch_abort ldr pc, _data_abort ldr pc, _not_used ldr pc, _irq ldr pc, _fiq（2）Cortex-A7 中断零碎详解
- GIC 控制器总览
这里再补充一些 Cortex-A7 中断的常识，不然前面的剖析有点艰难。
Cortex-A7 也有中断向量表，中断向量表也是在代码的最后面。 CortexA7 内核有 8 个异常中断，这 8 个异常中断的中断向量表如下表所示：
| 向量地址 | 终端类型 | 中断模式 | 介绍 |
|---|---|---|---|
| 0x00 | 复为中断（RSET） | 特权模式(SVC) | CPU 复位当前就会进入复位中断， 咱们能够在复位中断服务函数外面做一些初始化工作，比方初始化 SP 指针、 DDR 等等。 |
| 0x04 | 未定义指令中断（Undefined Instruction） | 未定义指令停止模式(Undef) | 如果指令不能辨认的话就会产生此中断。 |
| 0x08 | 软中断(Software Interrupt,SWI) | 特权模式(SVC) | 由 SWI 指令引起的中断， Linux 的零碎调用会用 SWI 指令来引起软中断，通过软中断来陷入到内核空间。 |
| 0x0C | 指令预取停止中断(Prefetch Abort) | 停止模式 | 预取指令的出错的时候会产生此中断。 |
| 0x10 | 数据拜访停止中断(Data Abort) | 停止模式 | 拜访数据出错的时候会产生此中断。 |
| 0x14 | 未应用(Not Used) | 未应用 | 单元 4 |
| 0x18 | IRQ 中断(IRQ Interrupt) | 内部中断模式(IRQ) | 芯片外部的外设中断都会引起此中断的产生。 |
| 0x1C | FIQ 中断(FIQ Interrupt) | 疾速中断模式(FIQ) | 疾速解决中断的话就能够应用此中断。 |
GIC 是 ARM 公司给 Cortex-A/R 内核提供的一个中断控制器，相似 Cortex-M 内核中的NVIC。目前 GIC 有 4 个版本:V1~V4， V1 是最老的版本，曾经被废除了。 V2~V4 目前正在大量的应用。 GIC V2 是给 ARMv7-A 架构应用的， I.MX6U 就应用的这个。ARM 针对 GIC V2 就开发出了 GIC400 这个中断控制器 IP 核。当 GIC 接管到内部中断信号当前就会报给 ARM 内核，然而ARM 内核只提供了四个信号给 GIC 来汇报中断状况： VFIQ（虚构疾速中断）、 VIRQ（虚构内部中断）、 FIQ 和 IRQ。
- 中断ID
GIC 将泛滥的中断源分为分为三类：
① SPI(Shared Peripheral Interrupt),共享中断，顾名思义，所有 Core 共享的中断，这个是最常见的，那些内部中断都属于 SPI 中断(留神！不是 SPI 总线那个中断) 。比方按键中断、串口中断等等，这些中断所有的 Core 都能够解决，不限定特定 Core。② PPI(Private Peripheral Interrupt)，公有中断， GIC 是反对多核的，每个核必定有本人独有的中断。这些独有的中断必定是要指定的外围解决，因而这些中断就叫做公有中断。③ SGI(Software-generated Interrupt)，软件中断，由软件触发引起的中断，通过向寄存器GICD_SGIR 写入数据来触发，零碎会应用 SGI 中断来实现多核之间的通信。中断源有很多，为了辨别这些不同的中断源必定要给他们调配一个惟一 ID，这些 ID 就是
中断 ID。每一个 CPU 最多反对 1020 个中断 ID，中断 ID 号为 ID0~ID1019。ID0~ID15：这 16 个 ID 调配给 SGI。ID16~ID31：这 16 个 ID 调配给 PPI。ID32~ID1019：这 988 个 ID 调配给 SPI，像 GPIO 中断、串口中断等这些内部中断 ，至于具体到某个 ID 对应哪个中断那就由半导体厂商依据理论状况去定义了。
- GIC 逻辑分块
GIC 架构分为了两个逻辑块：Distributor 和 CPU Interface，也就是散发器端和 CPU 接口端。
Distributor(散发器端)：此逻辑块负责解决各个中断事件的散发问题，也就是中断事件应该发送到哪个 CPU Interface 下来。散发器收集所有的中断源，能够管制每个中断的优先级，它总是将优先级最高的中断事件发送到 CPU 接口端。散发器端要做的次要工作如下：
①、全局中断使能管制。
②、管制每一个中断的使能或者敞开。
③、设置每个中断的优先级。
④、设置每个中断的指标处理器列表。
⑤、设置每个内部中断的触发模式：电平触发或边际触发。
⑥、设置每个中断属于组 0 还是组 1。
CPU Interface(CPU 接口端)： CPU 接口端听名字就晓得是和 CPU Core 相连接的，每个 CPU Core 都能够在 GIC 中找到一个与之对应的 CPU Interface。 CPU 接口端就是散发器和 CPU Core 之间的桥梁， CPU 接口端次要工作如下：
①、使能或者敞开发送到 CPU Core 的中断请求信号。
②、应答中断。
③、告诉中断解决实现。
④、设置优先级掩码，通过掩码来设置哪些中断不须要上报给 CPU Core。
⑤、定义抢占策略。
⑥、当多个中断到来的时候，抉择优先级最高的中断告诉给 CPU Core。
（3）U-Boot 启动流程详解
- reset函数源码详解
后面提到的 arch/arm/lib/vectors.S 中断向量表外面的 reset ，reset 函数在arch/arm/cpu/armv7/start.S 外面。
在35行看到 reset 的定义，在这里又跳转到 save_boot_params。
.globl reset .globl save_boot_params_retreset: /* Allow the board to save important registers */ b save_boot_params在100行定义了 save_boot_params ，这里又跳转到 save_boot_params_ret 。
/************************************************************************* * * void save_boot_params(u32 r0, u32 r1, u32 r2, u32 r3) * __attribute__((weak)); * * Stack pointer is not yet initialized at this moment * Don't save anything to stack even if compiled with -O0 * *************************************************************************/ENTRY(save_boot_params) b save_boot_params_ret @ back to my caller在38行定义了 save_boot_params_ret
save_boot_params_ret: /* * disable interrupts (FIQ and IRQ), also set the cpu to SVC32 mode, * except if in HYP mode already */ mrs r0, cpsr @ 读取cpsr的值存到 r0 and r1, r0, #0x1f @ mask mode bits teq r1, #0x1a @ test for HYP mode bicne r0, r0, #0x1f @ clear all mode bits 如果 r1 和 0X1A 不相等,清空r0 orrne r0, r0, #0x13 @ set SVC(Supervisor) mode 如果 r1 和 0X1A 不相等,设置r0为#0x13 orr r0, r0, #0xc0 @ disable FIQ and IRQ msr cpsr,r0持续往下，
/* * Setup vector: * (OMAP4 spl TEXT_BASE is not 32 byte aligned. * Continue to use ROM code vector only in OMAP4 spl) */#if !(defined(CONFIG_OMAP44XX) && defined(CONFIG_SPL_BUILD)) /* Set V=0 in CP15 SCTLR register - for VBAR to point to vector */ mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0 @ Read CP15 SCTLR Register 读取 CP15 中 c1 寄存器的值到 r0 寄存器中 bic r0, #CR_V @ V = 0 CR_V = (1 << 13)，革除 SCTLR 寄存器 bit13 mcr p15, 0, r0, c1, c0, 0 @ Write CP15 SCTLR Register 将 r0 寄存器的值重写写入到寄存器 SCTLR 中 /* Set vector address in CP15 VBAR register */ ldr r0, =_start @ _start就是整个 uboot的入口地址，其值为 0X87800000 mcr p15, 0, r0, c12, c0, 0 @Set VBAR 将 r0 寄存器的值(向量表值)写入到 CP15 的 c12 寄存器中，也就是 VBAR 寄存器。#endif再持续往下，
/* the mask ROM code should have PLL and others stable */#ifndef CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT bl cpu_init_cp15 // 该函数在105行，用来设置 CP15 相干的内容，比方敞开 MMU 之类的 bl cpu_init_crit #endif bl _main这里重点看 cpu_init_crit 函数，在259行，
#ifndef CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT/************************************************************************* * * CPU_init_critical registers * * setup important registers * setup memory timing * *************************************************************************/ENTRY(cpu_init_crit) /* * Jump to board specific initialization... * The Mask ROM will have already initialized * basic memory. Go here to bump up clock rate and handle * wake up conditions. */ b lowlevel_init @ go setup pll,mux,memoryENDPROC(cpu_init_crit)#endif能够看到 reset 函数最终跳转到 lowlevel_init 和 _main 这两个函数了。前面再剖析。