uboot分为uboot-spl和uboot两个组成部分。本文主要讲解SPL。
SPL是Secondary Program Loader的简称，第二阶段程序加载器，这里所谓的第二阶段是相对于SOC中的ROMCODE来说的，之前的文章已经有所介绍，SOC启动最先执行的是ROMCODE中的固化程序。ROMCODE会通过检测启动方式来加载第二阶段bootloader（SPL）。
uboot已经是一个bootloader了，那么为什么还多一个uboot SPL呢？主要原因是对于一些SOC来说，它的内部SRAM可能会比较小，小到无法装载下一个完整的uboot镜像，那么就需要SPL，它主要负责初始化外部RAM和环境，并加载真正的uboot镜像到外部RAM中来执行。所以由此来看，SPL是一个非常小的loader程序，可以运行于SOC的内部SRAM中，它的主要功能就是加载真正的uboot并运行之。 启动阶段，芯片内部的ROMCODE首先将FLASH(eMMC/NAND)中的SPL加载到IRAM，然后直接跳转到SPL运行，然后由SPL将uboot从FLASH上搬移到DDR上，并运行之。
CPU刚上电，需要小心的设置好很多状态，包括cpu状态、中断状态、MMU状态等等。在armv7架构的uboot-spl，主要完成以下功能： （1）完成arch相关的初始化；
关闭中断，svc模式禁用MMU、TLB（2）SOC/BOARD相关初始化
芯片级、板级的一些初始化操作IO初始化时钟选项，串口初始化（3）初始化外部DDR；
（4）初始化FLASH（eMMC/NAND）接口；
（5）将UBOOT从FLASH（eMMC/NAND）加载到DDR；
（6）跳转到uboot处执行；
在编译SPL的时候，编译参数会有如下语句：
u-boot/scripts/Makefile.spl KBUILD_CPPFLAGS += -DCONFIG_SPL_BUILD在编译SPL的代码的过程中，CONFIG_SPL_BUILD这个宏是打开的。uboot-spl和uboot的代码是通用的，其区别就是通过CONFIG_SPL_BUILD宏来进行区分的。
uboot-spl编译链接脚本位于：u-boot/arch/arm/cpu/u-boot-spl.lds；从脚本中可以看出，uboot-spl的代码入口函数是_start 对应于路径u-boot/arch/arm/lib/vector.S的_start，后续就是从这个函数开始分析。
OUTPUT_FORMAT("elf32-littlearm", "elf32-littlearm", "elf32-littlearm") OUTPUT_ARCH(arm) ENTRY(_start)@整体入口函数 SECTIONS { . = 0x00000000;@起始地址 . = ALIGN(4); .text : { __image_copy_start = .;@对__image_copy_start变量赋值 *(.vectors) @代码段的起始 verctor CPUDIR/start.o (.text*)@代码段的start *(.text*)@代码段剩余的部分 } . = ALIGN(4); .rodata : { *(SORT_BY_ALIGNMENT(SORT_BY_NAME(.rodata*))) }@只读数据段 . = ALIGN(4); .data : { *(.data*)@读写数据段 } . = ALIGN(4); .u_boot_list : { KEEP(*(SORT(.u_boot_list*_i2c_*)));@？？？ } . = .; #ifdef CONFIG_SPL_DM @uboot中是否使用驱动模型 .u_boot_list : { KEEP(*(SORT(.u_boot_list_*_driver_*))); KEEP(*(SORT(.u_boot_list_*_uclass_*))); } #endif . = ALIGN(4); __image_copy_end = .;@给变量__image_copy_end赋值 .rel.dyn : {@和relocation相关 __rel_dyn_start = .; *(.rel*) __rel_dyn_end = .; } .end : { *(.__end)@给变量__end赋值 } _image_binary_end = .; .bss __rel_dyn_start (OVERLAY) : { __bss_start = .;@变量__bss_start赋值 *(.bss*) . = ALIGN(4); __bss_end = .;@变量__bss_end赋值 } .dynsym _image_binary_end : { *(.dynsym) } .dynbss : { *(.dynbss) } .dynstr : { *(.dynstr*) } .dynamic : { *(.dynamic*) } .hash : { *(.hash*) } .plt : { *(.plt*) } .interp : { *(.interp*) } .gnu : { *(.gnu*) } .ARM.exidx : { *(.ARM.exidx*) } } @下面是编译时的宏检测 #if defined(CONFIG_SPL_MAX_SIZE) ASSERT(__image_copy_end - __image_copy_start < (CONFIG_SPL_MAX_SIZE), \ "SPL image too big"); #endif #if defined(CONFIG_SPL_BSS_MAX_SIZE) ASSERT(__bss_end - __bss_start < (CONFIG_SPL_BSS_MAX_SIZE), \ "SPL image BSS too big"); #endif #if defined(CONFIG_SPL_MAX_FOOTPRINT) ASSERT(__bss_end - _start < (CONFIG_SPL_MAX_FOOTPRINT), \ "SPL image plus BSS too big"); #endifSPL整体流程如下，以下列出来的就是spl核心函数。
_start———–>reset————–>关闭中断 |————————>cpu_init_cp15———–>关闭MMU,TLB |————————>cpu_init_crit————->lowlevel_init————->平台级和板级的初始化 |————————>_main |————–>board_init_f_alloc_reserve |——————>board_init_f_init_reserve |——————>board_init_f |———————>加载uboot(BL2),跳转到uboot(BL2)board_init_f执行时已经是C语言环境了。在这里需要结束掉SPL的工作，跳转到BL2中。
上述已经说明了_start是整个spl的入口，其代码如下：
arch/arm/lib/vectors.S /* ************************************************************************* * 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直接跳转到reset中，不会再返回，在reset中，就应该转到uboot(BL2)中。
cpu_init_cp15主要用于对cp15协处理器进行初始化，其主要目的就是关闭其MMU和TLB。 代码如下(去掉无关部分的代码)：
arch/arm/cpu/armv7/start.S //-------------------------------------------------------------------------- ENTRY(cpu_init_cp15) /* * Invalidate L1 I/D */ mov r0, #0 @ set up for MCR mcr p15, 0, r0, c8, c7, 0 @ invalidate TLBs mcr p15, 0, r0, c7, c5, 0 @ invalidate icache mcr p15, 0, r0, c7, c5, 6 @ invalidate BP array mcr p15, 0, r0, c7, c10, 4 @ DSB mcr p15, 0, r0, c7, c5, 4 @ ISB @@ 这里只需要知道是对CP15处理器的部分寄存器清零即可。 @@ 将协处理器的c7\c8清零等等，各个寄存器的含义请参考《ARM的CP15协处理器的寄存器》 /* * disable MMU stuff and caches */ mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0 bic r0, r0, #0x00002000 @ clear bits 13 (--V-) bic r0, r0, #0x00000007 @ clear bits 2:0 (-CAM) orr r0, r0, #0x00000002 @ set bit 1 (--A-) Align orr r0, r0, #0x00000800 @ set bit 11 (Z---) BTB #ifdef CONFIG_SYS_ICACHE_OFF bic r0, r0, #0x00001000 @ clear bit 12 (I) I-cache #else orr r0, r0, #0x00001000 @ set bit 12 (I) I-cache #endif mcr p15, 0, r0, c1, c0, 0 @@ 通过上述的文章的介绍，我们可以知道cp15的c1寄存器就是MMU控制器 @@ 上述对MMU的一些位进行清零和置位，达到关闭MMU和cache的目的，具体的话去看一下上述文章吧。 ENDPROC(cpu_init_cp15) //--------------------------------------------------------------------------cpu_init_crit，进行一些关键的初始化动作，也就是平台级(soc)和板级(board)的初始化。其代码核心就是lowlevel_init，如下
arch/arm/cpu/armv7/start.S //-------------------------------------------------------------------------- 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,memory ENDPROC(cpu_init_crit) //--------------------------------------------------------------------------所以说lowlevel_init就是这个函数的核心。lowlevel_init一般是由板级代码(board)自己实现的。但是对于某些平台来说，也可以使用通用的lowlevel_init，其定义在arch/arm/cpu/lowlevel_init.S中
以tiny210为例，在移植过程中，就需要在board/samsung/tiny210下，也就是板级目录下面创建lowlevel_init.S，在内部实现lowlevel_init。（其实只要实现了lowlevel_init了就好，没必要说在哪里是实现，但是通常规范都是创建了lowlevel_init.S来专门实现lowlevel_init函数）。 在lowlevel_init中，我们要实现如下：* 检查一些复位状态 * 关闭看门狗 * 系统时钟的初始化 * 内存DDR初始化 * 串口初始化（可选） * Nand flash的初始化 下面以tiny210的lowlevel_init为例（这里说明一下，当时移植tiny210的时候，是直接把kangear的这个lowlevel_init.S文件拿过来用的） 这部分代码和平台相关性很强，简单介绍一下即可
board/samsung/tiny210/lowlevel_init.S //-------------------------------------------------------------------------- lowlevel_init: push {lr} /* check reset status */ ldr r0, =(ELFIN_CLOCK_POWER_BASE+RST_STAT_OFFSET) ldr r1, [r0] bic r1, r1, #0xfff6ffff cmp r1, #0x10000 beq wakeup_reset_pre cmp r1, #0x80000 beq wakeup_reset_from_didle @@ 读取复位状态寄存器0xE010_a000的值，判断复位状态。 /* IO Retention release */ ldr r0, =(ELFIN_CLOCK_POWER_BASE + OTHERS_OFFSET) ldr r1, [r0] ldr r2, =IO_RET_REL orr r1, r1, r2 str r1, [r0] @@ 读取混合状态寄存器E010_e000的值，对其中的某些位进行置位，复位后需要对某些wakeup位置1，具体我也没搞懂。 /* Disable Watchdog */ ldr r0, =ELFIN_WATCHDOG_BASE /* 0xE2700000 */ mov r1, #0 str r1, [r0] @@ 关闭看门狗 @@ 这里忽略掉一部分对外部SROM操作的代码 /* when we already run in ram, we don't need to relocate U-Boot. * and actually, memory controller must be configured before U-Boot * is running in ram. */ ldr r0, =0x00ffffff bic r1, pc, r0 /* r0 <- current base addr of code */ ldr r2, _TEXT_BASE /* r1 <- original base addr in ram */ bic r2, r2, r0 /* r0 <- current base addr of code */ cmp r1, r2 /* compare r0, r1 */ beq 1f /* r0 == r1 then skip sdram init */ @@ 判断是否已经在SDRAM上运行了，如果是的话，就跳过以下两个对ddr初始化的步骤 @@ 判断方法如下： @@ 1、获取当前pc指针的地址，屏蔽其低24bit，存放与r1中 @@ 2、获取_TEXT_BASE（CONFIG_SYS_TEXT_BASE）地址，也就是uboot代码段的链接地址，后续在uboot篇的时候会说明，并屏蔽其低24bit @@ 3、如果相等的话，就跳过DDR初始化的部分 /* init system clock */ bl system_clock_init @@ 初始化系统时钟，后续有时间再研究一下具体怎么配置的 /* Memory initialize */ bl mem_ctrl_asm_init @@ 重点注意：在这里初始化DDR的！！！后续会写一篇文章说明一下s5pv210平台如何初始化DDR. 1: /* for UART */ bl uart_asm_init @@ 串口初始化，到这里串口会打印出一个'O'字符，后续通过写字符到UTXH_OFFSET寄存器中，就可以在串口上输出相应的字符。 bl tzpc_init #if defined(CONFIG_NAND) /* simple init for NAND */ bl nand_asm_init @@ 简单地初始化一下NAND flash，有可能BL2的镜像是在nand flash上面的。 #endif /* Print 'K' */ ldr r0, =ELFIN_UART_CONSOLE_BASE ldr r1, =0x4b4b4b4b str r1, [r0, #UTXH_OFFSET] @@ 再串口上打印‘K’字符，表示lowlevel_init已经完成 pop {pc} @@ 弹出PC指针，即返回。 //--------------------------------------------------------------------------当串口中打印出‘OK’的字符的时候，说明lowlevel_init已经执行完成。 system_clock_init是初始化时钟的地方。 mem_ctrl_asm_init这个函数是初始化DDR的地方。后续应该有研究一下这两个函数。这里先有个印象。
spl的main的主要目标是调用board_init_f进行先前的板级初始化动作，在tiny210中，主要设计为，加载BL2(uboot)到DDR上并且跳转到uboot(BL2)中。DDR在上述lowlevel_init中已经初始化好了。由于board_init_f是以C语言的方式实现，所以需要先构造C语言环境。
arch/arm/lib/crt0.S //-------------------------------------------------------------------------- ENTRY(_main) /* * Set up initial C runtime environment and call board_init_f(0). */ @ 注意看这里的注释，也说明了以下代码的主要目的是，初始化C运行环境，调用board_init_f。 ldr sp, =(CONFIG_SPL_STACK) bic sp, sp, #7 /* 8-byte alignment for ABI compliance */ mov r0, sp bl board_init_f_alloc_reserve mov sp, r0 /* set up gd here, outside any C code */ mov r9, r0 bl board_init_f_init_reserve mov r0, #0 bl board_init_f ENDPROC(_main) //--------------------------------------------------------------------------代码拆分如下： （1）因为后面是C语言环境，首先是设置堆栈
//-------------------------------------------------------------------------- ldr sp, =(CONFIG_SPL_STACK) @@ 设置堆栈为CONFIG_SPL_STACK bic sp, sp, #7 /* 8-byte alignment for ABI compliance */ @@ 堆栈是8字节对齐，2^7bit=2^3byte=8byte mov r0, sp @@ 把堆栈地址存放到r0寄存器中 //--------------------------------------------------------------------------关于CONFIG_SPL_STACK，我们知道s5pv210的BL1(spl)是运行在IRAM的，并且IRAM的地址空间是0xD002_0000-0xD003_7FFF，IRAM前面的部分放的是BL1的代码部分，所以把IRAM最后的空间用来当作堆栈。 所以CONFIG_SPL_STACK定义如下：
include/configs/tiny210.h //-------------------------------------------------------------------------- #define CONFIG_SPL_STACK 0xD0037FFF //--------------------------------------------------------------------------注意：上述还不是最终的堆栈地址，只是暂时的堆栈地址！！！ （2）为GD分配空间
//-------------------------------------------------------------------------- bl board_init_f_alloc_reserve @@ 把堆栈的前面一部分空间分配给GD使用 mov sp, r0 @@ 重新设置堆栈指针SP /* set up gd here, outside any C code */ mov r9, r0 @@ 保存GD的地址到r9寄存器中 //--------------------------------------------------------------------------注意：虽然sp的地址和GD的地址是一样的，但是堆栈是向下增长的，而GD则是占用该地址后面的部分，所以不会有冲突的问题。 关于GD，也就是struct global_data，可以简单的理解为uboot的全局变量都放在了这里，比较重要，所以后续有会写篇文章说明一下global_data。这里只需要知道在开始C语言环境的时候需要先为这个结构体分配空间。 board_init_f_alloc_reserve实现如下
common/init/board_init.c //-------------------------------------------------------------------------- ulong board_init_f_alloc_reserve(ulong top) { /* Reserve early malloc arena */ /* LAST : reserve GD (rounded up to a multiple of 16 bytes) */ top = rounddown(top-sizeof(struct global_data), 16); // 现将top（也就是r0寄存器，前面说过存放了暂时的指针地址），减去sizeof(struct global_data)，也就是预留出一部分空间给sizeof(struct global_data)使用。 // rounddown表示向下16个字节对其 return top; // 到这里，top就存放了GD的地址，也是SP的地址 //把top返回，注意，返回后，其实还是存放在了r0寄存器中。 } //--------------------------------------------------------------------------还有一点，其实GD在spl中没什么使用，主要是用在uboot中，但在uboot中的时候还需要另外分配空间，在讲述uboot流程的时候会说明。 （3）初始化GD空间 前面说了，此时r0寄存器存放了GD的地址。
//-------------------------------------------------------------------------- bl board_init_f_init_reserve //--------------------------------------------------------------------------board_init_f_init_reserve实现如下 common/init/board_init.c 编译SPL的时候_USE_MEMCPY宏没有打开，所以我们去掉了_USE_MEMCPY的无关部分。
//-------------------------------------------------------------------------- void board_init_f_init_reserve(ulong base) { struct global_data *gd_ptr; int *ptr; /* * clear GD entirely and set it up. * Use gd_ptr, as gd may not be properly set yet. */ gd_ptr = (struct global_data *)base; // 从r0获取GD的地址 /* zero the area */ for (ptr = (int *)gd_ptr; ptr < (int *)(gd_ptr + 1); ) *ptr++ = 0; // 对GD的空间进行清零 } //--------------------------------------------------------------------------（4）跳转到板级前期的初始化函数中 如下代码
//-------------------------------------------------------------------------- bl board_init_f //--------------------------------------------------------------------------board_init_f需要由板级代码自己实现。 在这个函数中，tiny210主要是实现了从SD卡上加载了BL2(uboot)到ddr上，然后跳转到BL2的相应位置上 tiny210的实现如下：
board/samsung/tiny210/board.c //-------------------------------------------------------------------------- #ifdef CONFIG_SPL_BUILD void board_init_f(ulong bootflag) { __attribute__((noreturn)) void (*uboot)(void); int val; #define DDR_TEST_ADDR 0x30000000 #define DDR_TEST_CODE 0xaa tiny210_early_debug(0x1); writel(DDR_TEST_CODE, DDR_TEST_ADDR); val = readl(DDR_TEST_ADDR); if(val == DDR_TEST_CODE) tiny210_early_debug(0x3); else { tiny210_early_debug(0x2); while(1); } // 先测试DDR是否完成 copy_bl2_to_ddr(); // 加载BL2的代码到ddr上 uboot = (void *)CONFIG_SYS_TEXT_BASE; // uboot函数设置为BL2的加载地址上 (*uboot)(); // 调用uboot函数，也就跳转到BL2的代码中 } #endif //--------------------------------------------------------------------------到此，SPL的任务就完成了，也已经跳到了BL2，也就是uboot里面去了。
