U-Boot架构浅析之u-boot架构的特点分析

　　导读：嵌入式Linux系统搭建，bootloader是必不可少的一环，而U-Boot已成嵌入式Linux事实标准。所以较为深入的分析U-Boot的设计，对于更好的理解U-Boot的工作原理有着重要意义。

　　1. U-Boot简介

　　Das U-Boot 是一个主要用于嵌入式系统的引导加载程序，可以支持多种不同的计算机系统结构，包括PPC、ARM、AVR32、MIPS、x86、68k、Nios与MicroBlaze。这也是一套在GNU通用公共许可证之下发布的自由软件。《百度百科》

　　见http://www.denx.de/wiki/U-Boot

　　如其官网上所述，具有十大黄金法则：小巧、快速、简单、可移植、可配置、可调试、易用、可维护、优雅、开源。

　　（1. Keep it Small，2. Keep it Fast，3. Keep it Simple，4. Keep it Portable;5. Keep it Configurable;6. Keep it Debuggable;7. Keep it Usable;8. Keep it Maintainable;9. Keep it Beautiful;10. Keep it Open）

　　所以本文试图从其设计的角度进行分析这些黄金法则，以期自己在软件工程思想的角度能有所获，同时也将自己笔记分享（Keep it open），方便与人交流，以期获得更为深入的理解与体悟。

　　废话说了蛮多，Let‘s go：

　　2. U-Boot文件夹拓扑结构

　　基于u-boot-u-boot-2016.09.y的文件夹结构如下：

　　

　　arch 体系架构依赖

　　api 机器架构独立API，外部调用接口

　　实现I/O，如标准化输入输出，显示，网络API、存储API等，为cmd提供支持

　　board 板级依赖实现。

　　cmd shell命令实现

　　common 与架构无关的杂项独立功能

　　configs 板级配置文件

　　disk 磁盘分区实现

　　doc 文档

　　drivers 通用设备驱动程序

　　examples 应用示例代码

　　fs 文件系统实现（cramfs，ext2，jffs等）

　　include 头文件

　　lib 通用库

　　license

　　net 网络通讯实现

　　post 上电自检是实现

　　scripts 构建脚本以及Makefile

　　tests 各种单元测试

　　tools 生成S-Record或U-Boot映像的工具等。

　　3. 项目管理

　　U-Boot采用Kconfig进行项目管理，实现可裁剪可配置，新版U-Boot已支持make menuconfig功能，实现了易用的设计目标。其配置界面与内核一样。

　　

　　4. 模块层次架构分析

　　

　　arch 实现了不同体系结构的CPU，指令集、设备树底层抽象，利用链接绑定实现了符号入口相对位置保持不变，故才能实现将内核镜像拷贝到内存然后进行引导的功能。lib实现了初始化C运行时环境（栈/堆指针等的初始化），dts实现了设备树的底层体系架构依赖的具体抽象剥离。

　　machine ，由于同样的内核相同，各家芯片外设都不尽相同，所以将各自个性实现剥离实现于此，这主要体系在ARM体系的芯片，由于ARM公司售卖IP，各家芯片厂商在内核的基础上延伸出各自不同的芯片，所以需要将差异性剥离实现。

　　board， 实现了产业链下游，设备厂商的差异性，对于产品设计而言，需要将各自在boot阶段需要严格初始化的实现放在这里，比如IO口的初始化，产品中大部分IO口必须显式设置其初始状态。

　　driver 这里实现了boot阶段必要的设备驱动，如网口、显示等。

　　dts 实现了设备树

　　api 实现了基本的IO，如标准化输入输出，显示，网络API、存储API等，为cmd提供支持。

　　disk 实现了轻量级磁盘管理

　　fs 文件系统实现（cramfs，ext2，jffs等）

　　lib 通用库，比如CRC算法，加密算法，压缩算法，字符串操作等

　　cmd 实现了U-Boot命令集。

　　net 实现网络协议层

　　cmd shell命令集，调用下层实现用户接口功能，如下载，引导，存储环境变量，打印信息等。

　　common 是U-Boot 主体，如系统停留在U-Boot阶段，CPU始终在执行一个死循环，run_main_loop（）。

　　5.基于armv8无SPL的启动流程分析

　　5.1 汇编程序执行阶段

　　

　　5.2 C执行阶段

　　board_init_r的调用，进入C执行阶段，如下：

　　

　　至此，粗浅的将U-Boot的架构设计分析了一下。还有很多设计细节有待深挖。文中仅代表个人理解观点，错误在所难免，欢迎交流。