U-Boot 启动过程详解

U-Boot的启动过程是一个分阶段初始化硬件并准备运行环境的复杂流程。以下是这一过程的主要步骤：

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1. CPU初始化和异常向量设置 🧑‍💻

• 复位入口：
CPU上电后，从指定地址（如ARM的0x00000000或0xFFFF0000）执行第一条指令，跳转到reset例程。
• 模式切换：
关闭中断，切换到SVC模式（特权模式），确保执行环境稳定。
• 异常向量表设置：
初始化中断/异常向量表，处理未定义指令、中断等事件。

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2. 关键硬件初始化 ⚙️

• 时钟配置：
设置CPU核心、总线及外设时钟，确保各部分以正确频率运行。
• 内存控制器初始化：
配置DRAM控制器，使物理内存可用（如DDR初始化）。
• Cache和MMU：
关闭Cache和MMU，避免初始阶段因地址映射导致的错误。

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3. 代码重定位（Relocation） 🔄

• 复制到RAM：
将U-Boot自身从Flash/ROM复制到DRAM的高地址端（如0x8FF00000），提升执行速度。
• 地址重定位：
调整全局变量和函数指针，确保重定位后代码能正确访问数据。

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4. C语言环境准备 📝

• 堆栈设置：
初始化堆栈指针，为C代码提供运行环境。
• BSS段清零：
清除未初始化全局变量区域，避免随机值影响逻辑。

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5. 板级外设初始化 🖥️

• 串口调试：
初始化UART，启用串口输出调试信息（如printf）。
• 网卡、存储设备：
初始化以太网控制器、SD卡接口等，支持后续网络/存储访问。
• 设备树加载：
解析设备树（DTB），为内核提供硬件描述信息。

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6. 环境变量与启动参数 🔧

• 加载环境变量：
从Flash或EEPROM读取环境变量（如bootargs、bootcmd）。
• 用户交互：
若配置延时等待，可进入命令行模式接受用户指令。

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7. 内核加载与启动 💻

• 镜像加载：
从存储介质（Flash、SD卡、网络）读取内核镜像（如uImage、zImage）到内存。
• 解压与验证：
检查镜像头（如CRC校验），解压至指定地址（如zImage到0x80008000）。
• 传递参数：
设置启动参数（如内核命令bootargs，设备树地址fdtaddr）。
• 跳转执行：
通过bootm或bootz命令跳转到内核入口点，移交控制权。

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8. 高级功能（可选） 🔐

• 安全启动：
验证内核签名，确保完整性。
• 多阶段引导：
使用SPL（Secondary Program Loader）进行最小化初始化后加载完整U-Boot。
• 网络引导：
通过TFTP加载内核或RAM磁盘，支持远程调试。

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详细流程示例（以ARMv7为例） 🛠️

1. start.S（汇编阶段）：设置复位处理，关闭中断，初始化CPU基础配置。

2. lowlevel_init：配置内存控制器、引脚复用等板级硬件。

3. board_init_f：初始化DRAM，规划U-Boot重定位后的内存布局。

4. 重定位代码到DRAM：复制并调整地址，跳转到RAM中继续执行。

5. board_init_r：初始化外设、环境变量，加载设备树。

6. main_loop：执行bootcmd或进入命令行，最终启动内核。

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关键点总结 🔑

• 硬件初始化由底向上：从CPU核心到外设，逐步使能系统资源。
• 性能优化：通过重定位到RAM提升执行效率。
• 灵活性：支持多种启动方式和用户交互，适应不同场景需求。

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🎯 小结：
通过这一系列步骤，U-Boot完成了从硬件初始化到操作系统引导的过渡，为嵌入式系统提供了稳定可靠的启动基础。