深入理解 RK3506 U-Boot 重定位：从代码到原理

在嵌入式系统中，U-Boot 作为引导加载程序，其启动流程的核心环节之一就是重定位（Relocation）。对于 RK3506 这类基于 ARM Cortex-A 架构的芯片，重定位的本质是将 U-Boot 代码从初始加载地址（通常是片内 ROM 或 Flash）复制到运行效率更高的片外 RAM，再切换执行环境到 RAM 中运行。

本文将结合 U-Boot 源码中 ARM Cortex 核心的启动代码，拆解 RK3506 平台 U-Boot 重定位的实现逻辑、关键步骤与底层原理。

路径：u-boot/arch/arm/cpu/armv7/start.S

一、重定位的核心目的：为何需要“搬家”？

RK3506 的 U-Boot 启动初期，代码通常从片内 BootROM 或SPI Flash 加载到片内 SRAM（小容量高速内存）执行。但 SRAM 容量有限（通常仅几十 KB），无法容纳完整的 U-Boot 镜像（包含驱动、命令、文件系统等模块），也无法满足后续加载 Linux 内核的需求。

重定位的核心目标：

1.释放存储空间：将 U-Boot 完整镜像从 Flash/SRAM 迁移到大容量片外 DDR 内存；

2.提升执行效率：DDR 内存带宽更高、容量更大，支持 U-Boot 运行复杂逻辑（如设备初始化、内核加载）；

3.预留内存空间：为 Linux 内核、设备树等后续加载的镜像预留连续内存区域。

二、重定位的前提：启动初期的关键初始化

在执行重定位前，U-Boot 必须完成一系列底层初始化，为 “搬家” 做好准备。结合本文提供的 ARM Cortex 启动代码，这些准备工作主要集中在 reset 入口函数中：

1. 模式与中断初始化

 

reset:    b   save_boot_paramssave_boot_params_ret:    /* 切换到 SVC32 模式，禁用 FIQ/IRQ */    mrs r0, cpsr    and r1, r0, #0x1f        @ 掩码模式位    teq r1, #0x1a             @ 检查是否为 HYP 模式    bicne r0, r0, #0x1f       @ 清除模式位    orrne r0, r0, #0x13       @ 设置为 SVC 模式（管理模式）    orr r0, r0, #0xc0         @ 禁用 FIQ (0x80) 和 IRQ (0x40)    msr cpsr, r0

 

•切换到 ARM 特权模式（SVC32）：确保 U-Boot 拥有访问系统寄存器、修改内存配置的权限；

•禁用中断：避免初始化过程中被外部中断打断，导致系统异常。

2. 向量表初始化

 

/* 设置 VBAR 寄存器，指向 U-Boot 向量表 */ldr r0, =_startmcr p15, 0, r0, c12, c0, 0  @ 写入 VBAR（向量表基地址寄存器）

 

•ARMv7 架构通过 VBAR 寄存器指定异常向量表地址；

•重定位前，向量表位于初始加载地址（如 SRAM），后续重定位后需确保向量表地址同步更新（由链接脚本配合处理）。

3. 缓存与 MMU 初始化（cpu_init_cp15）

重定位前需禁用 MMU（内存管理单元）和缓存，避免地址映射干扰内存复制：

 

ENTRY(cpu_init_cp15)    /*  invalidate L1 I/D 缓存、TLB */    mov r0, #0    mcr p15, 0, r0, c8, c7, 0  @  invalidate TLBs    mcr p15, 0, r0, c7, c5, 0  @  invalidate I-cache    /* 禁用 MMU、缓存相关配置 */    mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0    bic r0, r0, #0x00002000    @ 清除 V 位（向量表地址偏移）    bic r0, r0, #0x00000007    @ 清除 CAM 位（缓存相关）    orr r0, r0, #0x00000800    @ 启用 BTB（分支预测）#ifdef CONFIG_SYS_ICACHE_OFF    bic r0, r0, #0x00001000    @ 禁用 I-cache#else    orr r0, r0, #0x00001000    @ 启用 I-cache（重定位后生效）#endif    mcr p15, 0, r0, c1, c0, 0

 

•初始化 CP15 寄存器（ARM 系统控制寄存器），清空缓存和 TLB（地址转换缓存）；

•禁用 MMU：此时 CPU 访问的是物理地址，确保内存复制过程中地址无映射偏差；

•按需启用 I-cache（指令缓存）：重定位后代码在 DDR 中运行时，缓存可提升执行效率。

4. 板级底层初始化（cpu_init_crit）

 

ENTRY(cpu_init_crit)    b   lowlevel_init        @ 跳转到板级初始化ENDPROC(cpu_init_crit)

 

•lowlevel_init 是 RK3506 平台的板级初始化函数（由瑞芯微适配）；

•核心任务：初始化 DDR 内存控制器、配置 PLL 时钟（提升 DDR 带宽）、初始化 SPI Flash 等外设；

•关键：只有完成 DDR 初始化，U-Boot 才能将自身复制到 DDR 中，这是重定位的硬件基础。

三、重定位的核心实现：_main 函数的“搬家” 逻辑

当底层初始化（尤其是 DDR 初始化）完成后，代码通过 bl _main 跳转到 U-Boot 核心初始化流程，重定位的核心逻辑就在 _main 函数中（位于common/main.c）。

结合 RK3506 的平台特性，_main 函数中重定位的关键步骤如下：

1. 确定重定位地址（链接脚本定义）

U-Boot 的重定位目标地址由链接脚本（如arch/arm/cpu/armv7/rk3506/u-boot.lds）定义，核心符号：

•_start：U-Boot 初始加载地址（SRAM 或 Flash 地址）；

•__image_copy_start：镜像复制起始地址（初始加载地址的代码段起始）；

•__image_copy_end：镜像复制结束地址；

•__bss_start/__bss_end：BSS 段起始 / 结束地址（重定位后需清零）；

•CONFIG_SYS_TEXT_BASE：重定位目标地址（RK3506 通常配置为 DDR 起始地址，如 0x80000000）。

2. 内存复制：从初始地址到 DDR

重定位的核心操作是逐字节复制 U-Boot 镜像到 DDR 目标地址，代码逻辑简化如下：

 

// 简化自 common/main.cvoid _main(void) {    // 1. 获取链接脚本定义的地址符号    extern ulong __image_copy_start, __image_copy_end;    extern ulong __bss_start, __bss_end;    ulong dst = CONFIG_SYS_TEXT_BASE;  // 重定位目标地址（DDR）    ulong src = (ulong)&__image_copy_start;  // 源地址（SRAM/Flash）    // 2. 只有当源地址 != 目标地址时，才需要复制（避免自身覆盖）    if (src != dst) {        memcpy((void *)dst, (void *)src, &__image_copy_end - &__image_copy_start);    }    // 3. 清零 BSS 段（未初始化全局变量）    memset((void *)&__bss_start, 0, &__bss_end - &__bss_start);    // 4. 跳转到 DDR 中的 U-Boot 继续执行    board_init_f_r_trampoline(dst);}

 

•复制范围：从__image_copy_start 到__image_copy_end，包含代码段（.text）、数据段（.data）等已初始化部分；

•避免自身覆盖：若源地址与目标地址重叠（如部分 SRAM 与 DDR 地址重叠），U-Boot 会先复制不重叠部分，再处理重叠区域，防止复制过程中覆盖未复制的代码；

•BSS 段清零：BSS 段存储未初始化全局变量，C 语言标准要求其初始值为 0，因此重定位后需手动清零。

3. 跳转至 DDR 执行：地址切换

复制完成后，通过board_init_f_r_trampoline 函数跳转到 DDR 中的 U-Boot 代码继续执行。此时 CPU 执行的指令已从 DDR 读取，重定位完成。

4. 栈指针更新

重定位后，栈指针（SP）也需更新到 DDR 中的安全地址（避免使用 SRAM 栈导致溢出），由 board_init_f 函数初始化：

 

// 简化自 common/board_f.cvoid board_init_f(ulong boot_flags) {    ulong sp = CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR;  // DDR 中的栈地址    sp -= sizeof(struct global_data);   // 预留全局数据结构空间    gd = (struct global_data *)sp;    memset(gd, 0, sizeof(struct global_data));    // 初始化栈指针    asm volatile("mov sp, %0" : : "r"(sp) : "memory");    // 后续初始化：设备树加载、命令初始化、内核引导等}

 

•CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR：RK3506 配置为 DDR 中的一段连续地址，确保栈空间足够；

•global_data：U-Boot 全局数据结构，存储系统状态（如内存布局、设备信息），重定位后需在 DDR 中重新初始化。

四、重定位后的关键处理

1. 向量表同步更新

重定位后，向量表地址需同步更新到 DDR 中的新地址，避免异常处理时跳转到旧地址（SRAM/Flash）。由于之前已通过 VBAR 寄存器设置向量表基地址为_start，而_start 在重定位后指向 DDR 地址，因此无需额外修改（链接脚本确保 _start 对应 DDR 目标地址）。

2. 缓存重新配置

重定位完成后，U-Boot 会重新启用 I-cache/D-cache（若配置），提升执行效率。此时 MMU 仍处于禁用状态（直到 Linux 内核启动时启用），CPU 直接访问 DDR 物理地址。

3. 避免重定位后的地址错误

•所有全局变量、函数指针均使用位置无关代码（PIC） 编译，确保重定位后地址正确映射；

•链接脚本通过TEXT_BASE 强制指定目标地址，确保复制后的镜像在 DDR 中地址对齐。

五、RK3506 重定位的特殊注意事项

1.DDR 初始化优先级：RK3506 的 DDR 控制器初始化是重定位的前提，需通过 lowlevel_init 配置 DDR 时序、电压，确保 DDR 稳定工作；

2.Flash 访问兼容性：若初始加载地址为 SPI Flash（如 0x10000000），复制时需通过 RK3506 的 SPI 控制器驱动读取 Flash 数据，再写入 DDR；

3.内存布局优化：RK3506 的 DDR 起始地址通常为 0x80000000，U-Boot 重定位后，会在 DDR 中预留后续加载 Linux 内核（如 0x80200000）和设备树（如0x80100000）的空间，避免地址冲突。

六、总结：重定位的完整流程

RK3506 U-Boot 重定位的核心是 “初始化硬件→复制镜像→切换执行环境”，完整流程可概括为：

1.复位入口（reset）：切换 SVC 模式、禁用中断、初始化向量表；

2.底层初始化：初始化 CP15 寄存器（缓存 / MMU）、板级硬件（DDR/PLL）；

3.确定地址：通过链接脚本获取源地址、目标地址（DDR）；

4.镜像复制：memcpy 复制代码段 / 数据段到 DDR，清零 BSS 段；

5.切换执行：更新栈指针，跳转到 DDR 中的 U-Boot 继续执行；

6.后续初始化：加载设备树、初始化外设、引导 Linux 内核。

重定位是 U-Boot 从 “小容量初始环境” 到 “大容量运行环境” 的关键一步，理解其原理不仅能帮助排查启动故障（如 DDR 初始化失败导致重定位失败），也能为定制化 U-Boot（如调整内存布局、优化启动速度）提供基础。

对于 RK3506 开发者，建议结合链接脚本和 lowlevel_init 代码，重点关注CONFIG_SYS_TEXT_BASE 和 DDR 初始化参数，确保重定位地址与硬件配置一致。

审核编辑 黄宇