U-BOOT内存布局及启动过程浅析

昨天写的文章，放在这里大家分享。

本文以ARC600平台的某一实现为例，对U-BOOT的内存布局和启动方式进行简要的分析。


【内存布局】

图1 U-BOOT内存布局

在ARC600平台，U-BOOT的内存布局图1所示。

该布局由board/arc600/u-boot.lds文件定义，在链接的时候生成相应的二进制映像。首先，定义起始地址为0x40800000，接下来是中断向量表，大小为256字节，按每个中断向量占用4个字节的跳转地址算，最多可以有64个中断向量；第二部分是一些基础性的代码段，它为下一步加载 boot或者kernel做准备，其大小为0x1700字节；第三部分是代码段的后半部分，代码段的大部分代码都在这里；第四部分只读数据区；第五部分为可读写数据区；第六部分为U-BOOT命令代码区；最后一部分为未初始化数据段。


有一点比较疑惑的就是U-BOOT命令代码区存放的分明是代码，但它却在数据段。内核中会把一些初始化代码放在数据区，因为这些代码只运行一次，放在数据区可以在内核启动后回收该区域内存。但显然U-BOOT命令不可能只运行一次，为何要把它放在数据段？不解！


【启动过程】

图2 U-BOOT启动流程（前半部分）

众所周知，U-BOOT是存放在FLASH上的。系统启动时，CPU会映射FLASH到它的内存空间（映射一部分、还是全部FLASH空间？），然后执行 FLASH上的代码。首先，进入cpu/arc600/start.S中的入口_start，进行内存初始化，接着把U-BOOT的前0x1800字节从 FLASH复制到内存的0x40800000处，也就是链接时的地址；然后对bss段进行清零，设置堆栈指针，为运行C函数做准备；下一步，运行C函数检测在规定时间内是否有按键发生，如有则加载boot的后半部分(0x40801800——DATA_END)并启动boot，无则加载kernel并启动 kernel。U-BOOT启动的前半部分流程如图2所示。


U-BOOT启动的后半部分，会进行heap、环境变量（env）的初始化，PHY驱动的加载等工作，然后进入一个无限循环开始shell的运行，shell运行过程中的内存示意如图3所示。其中，heap和stack依次排列在bss段的后面，图中所示的free area则为U-BOOT未用到的内存。

图3 shell运行时的内存示意

图 3中，heap区域为malloc()提供内存。在uClib库中，malloc()是通过sbrk()或者mmap()实现的，而sbrk()和 mmap()是在内核中实现的。U-BOOT作为系统最早运行的程序，没有内核的支持。为了实现malloc()，它定义一个32K的heap区域，在此区域的基础上实现了简化版的sbrk()。


图3中，stack区域是在U-BOOT启动的前半部分中第三步设置的。它首先根据BSS_END、heap大小和stack大小算出stack_bottom的值，然后设置堆栈指针SP和帧指针FP为stack_bottom - 4。

[ 本帖最后由 bitmilong 于 2009-2-10 09:16 编辑 ]

从BD转过来的吗？ 图片不可见阿

附件应该是全的

下载了， 赞一个

前两天没注意，图片竟然不能显示，现在已经当作附件传上来了。

另外有两个地方不太明白，一是U-BOOT的命令代码区为何在数据段，二是启动时CPU是映射一部分FLASH地址空间到它的内存空间还是全部。希望有知道的解释一下，谢谢！

把楼主帖子编辑了一下, 图片放到文章里看起来方便些, 在附件图片那行点 [插入] 就行了

感谢分享

原来图片这样插入的啊，学习了

回复 cugfeng


    我来解释一下吧。
按个UBOOT_CMD不是代码，而是命令的一个结构体，里面包含里命令对应的函数地址、名称等一系列信息。当你输入命令的时候会有函数从这个区域中查找，找出命令名对应的代码函数。真正的命令代码还是在代码区域。仔细看看u-boot.lds就知道了。