在嵌入式系統(tǒng)中，U-Boot作為引導(dǎo)加載程序，其啟動流程的核心環(huán)節(jié)之一就是重定位（Relocation）。對于RK3506這類基于ARM Cortex-A架構(gòu)的芯片，重定位的本質(zhì)是將U-Boot代碼從初始加載地址（通常是片內(nèi)ROM或Flash）復(fù)制到運(yùn)行效率更高的片外RAM，再切換執(zhí)行環(huán)境到RAM中運(yùn)行。

本文將結(jié)合U-Boot源碼中ARM Cortex核心的啟動代碼，拆解RK3506平臺U-Boot重定位的實(shí)現(xiàn)邏輯、關(guān)鍵步驟與底層原理。

路徑：u-boot/arch/arm/cpu/armv7/start.S

一、重定位的核心目的：為何需要“搬家”？

RK3506的U-Boot啟動初期，代碼通常從片內(nèi)BootROM或SPI Flash加載到片內(nèi)SRAM（小容量高速內(nèi)存）執(zhí)行。但SRAM容量有限（通常僅幾十KB），無法容納完整的U-Boot鏡像（包含驅(qū)動、命令、文件系統(tǒng)等模塊），也無法滿足后續(xù)加載Linux內(nèi)核的需求。

重定位的核心目標(biāo)：

1.釋放存儲空間：將U-Boot完整鏡像從Flash/SRAM遷移到大容量片外DDR內(nèi)存；

2.提升執(zhí)行效率：DDR內(nèi)存帶寬更高、容量更大，支持U-Boot運(yùn)行復(fù)雜邏輯（如設(shè)備初始化、內(nèi)核加載）；

3.預(yù)留內(nèi)存空間：為Linux內(nèi)核、設(shè)備樹等后續(xù)加載的鏡像預(yù)留連續(xù)內(nèi)存區(qū)域。

二、重定位的前提：啟動初期的關(guān)鍵初始化

在執(zhí)行重定位前，U-Boot必須完成一系列底層初始化，為“搬家”做好準(zhǔn)備。結(jié)合本文提供的ARM Cortex啟動代碼，這些準(zhǔn)備工作主要集中在reset入口函數(shù)中：

1.模式與中斷初始化

reset:  b  save_boot_paramssave_boot_params_ret:  /* 切換到 SVC32 模式，禁用 FIQ/IRQ */  mrs r0, cpsr  and r1, r0,#0x1f    @ 掩碼模式位  teq r1,#0x1a       @ 檢查是否為 HYP 模式  bicne r0, r0,#0x1f    @ 清除模式位  orrne r0, r0,#0x13    @ 設(shè)置為 SVC 模式（管理模式）  orr r0, r0,#0xc0     @ 禁用 FIQ (0x80) 和 IRQ (0x40)  msr cpsr, r0

?切換到ARM特權(quán)模式（SVC32）：確保U-Boot擁有訪問系統(tǒng)寄存器、修改內(nèi)存配置的權(quán)限；

?禁用中斷：避免初始化過程中被外部中斷打斷，導(dǎo)致系統(tǒng)異常。

2.向量表初始化

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

?ARMv7架構(gòu)通過VBAR寄存器指定異常向量表地址；

?重定位前，向量表位于初始加載地址（如SRAM），后續(xù)重定位后需確保向量表地址同步更新（由鏈接腳本配合處理）。

3.緩存與MMU初始化（cpu_init_cp15）

重定位前需禁用MMU（內(nèi)存管理單元）和緩存，避免地址映射干擾內(nèi)存復(fù)制：

ENTRY(cpu_init_cp15) /* invalidate L1 I/D 緩存、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、緩存相關(guān)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（緩存相關(guān)）  orr r0, r0,#0x00000800  @ 啟用 BTB（分支預(yù)測）#ifdef CONFIG_SYS_ICACHE_OFF  bic r0, r0,#0x00001000  @ 禁用 I-cache#else  orr r0, r0,#0x00001000  @ 啟用 I-cache（重定位后生效）#endif  mcr p15,0, r0, c1, c0,0

?初始化CP15寄存器（ARM系統(tǒng)控制寄存器），清空緩存和TLB（地址轉(zhuǎn)換緩存）；

?禁用MMU：此時(shí)CPU訪問的是物理地址，確保內(nèi)存復(fù)制過程中地址無映射偏差；

?按需啟用I-cache（指令緩存）：重定位后代碼在DDR中運(yùn)行時(shí)，緩存可提升執(zhí)行效率。

4.板級底層初始化（cpu_init_crit）

ENTRY(cpu_init_crit) b lowlevel_init    @ 跳轉(zhuǎn)到板級初始化ENDPROC(cpu_init_crit)

?lowlevel_init是RK3506平臺的板級初始化函數(shù)（由瑞芯微適配）；

?核心任務(wù)：初始化DDR內(nèi)存控制器、配置PLL時(shí)鐘（提升DDR帶寬）、初始化SPI Flash等外設(shè)；

?關(guān)鍵：只有完成DDR初始化，U-Boot才能將自身復(fù)制到DDR中，這是重定位的硬件基礎(chǔ)。

三、重定位的核心實(shí)現(xiàn)：_main函數(shù)的“搬家”邏輯

當(dāng)?shù)讓映跏蓟ㄓ绕涫荄DR初始化）完成后，代碼通過bl _main跳轉(zhuǎn)到U-Boot核心初始化流程，重定位的核心邏輯就在_main函數(shù)中（位于common/main.c）。

結(jié)合RK3506的平臺特性，_main函數(shù)中重定位的關(guān)鍵步驟如下：

1.確定重定位地址（鏈接腳本定義）

U-Boot的重定位目標(biāo)地址由鏈接腳本（如arch/arm/cpu/armv7/rk3506/u-boot.lds）定義，核心符號：

?_start：U-Boot初始加載地址（SRAM或Flash地址）；

?__image_copy_start：鏡像復(fù)制起始地址（初始加載地址的代碼段起始）；

?__image_copy_end：鏡像復(fù)制結(jié)束地址；

?__bss_start/__bss_end：BSS段起始/結(jié)束地址（重定位后需清零）；

?CONFIG_SYS_TEXT_BASE：重定位目標(biāo)地址（RK3506通常配置為DDR起始地址，如0x80000000）。

2.內(nèi)存復(fù)制：從初始地址到DDR

重定位的核心操作是逐字節(jié)復(fù)制U-Boot鏡像到DDR目標(biāo)地址，代碼邏輯簡化如下：

// 簡化自 common/main.cvoid_main(void) { // 1. 獲取鏈接腳本定義的地址符號 externulong__image_copy_start, __image_copy_end; externulong__bss_start, __bss_end; ulongdst = CONFIG_SYS_TEXT_BASE; // 重定位目標(biāo)地址（DDR） ulongsrc = (ulong)&__image_copy_start; // 源地址（SRAM/Flash） // 2. 只有當(dāng)源地址 != 目標(biāo)地址時(shí)，才需要復(fù)制（避免自身覆蓋） if(src != dst) {    memcpy((void*)dst, (void*)src, &__image_copy_end - &__image_copy_start);  } // 3. 清零 BSS 段（未初始化全局變量）  memset((void*)&__bss_start,0, &__bss_end - &__bss_start); // 4. 跳轉(zhuǎn)到 DDR 中的 U-Boot 繼續(xù)執(zhí)行  board_init_f_r_trampoline(dst);}

?復(fù)制范圍：從__image_copy_start到__image_copy_end，包含代碼段（.text）、數(shù)據(jù)段（.data）等已初始化部分；

?避免自身覆蓋：若源地址與目標(biāo)地址重疊（如部分SRAM與DDR地址重疊），U-Boot會先復(fù)制不重疊部分，再處理重疊區(qū)域，防止復(fù)制過程中覆蓋未復(fù)制的代碼；

?BSS段清零：BSS段存儲未初始化全局變量，C語言標(biāo)準(zhǔn)要求其初始值為0，因此重定位后需手動清零。

3.跳轉(zhuǎn)至DDR執(zhí)行：地址切換

復(fù)制完成后，通過board_init_f_r_trampoline函數(shù)跳轉(zhuǎn)到DDR中的U-Boot代碼繼續(xù)執(zhí)行。此時(shí)CPU執(zhí)行的指令已從DDR讀取，重定位完成。

4.棧指針更新

重定位后，棧指針（SP）也需更新到DDR中的安全地址（避免使用SRAM棧導(dǎo)致溢出），由board_init_f函數(shù)初始化：

// 簡化自 common/board_f.cvoidboard_init_f(ulongboot_flags){ ulongsp = CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR; // DDR 中的棧地址  sp -=sizeof(structglobal_data); // 預(yù)留全局?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)空間  gd = (structglobal_data *)sp;  memset(gd,0,sizeof(structglobal_data)); // 初始化棧指針 asmvolatile("mov sp, %0": :"r"(sp) : "memory"); // 后續(xù)初始化：設(shè)備樹加載、命令初始化、內(nèi)核引導(dǎo)等}

?CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR：RK3506配置為DDR中的一段連續(xù)地址，確保?？臻g足夠；

?global_data：U-Boot全局?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，存儲系統(tǒng)狀態(tài)（如內(nèi)存布局、設(shè)備信息），重定位后需在DDR中重新初始化。

四、重定位后的關(guān)鍵處理

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，避免異常處理時(shí)跳轉(zhuǎn)到舊地址（SRAM/Flash）。由于之前已通過VBAR寄存器設(shè)置向量表基地址為_start，而_start在重定位后指向DDR地址，因此無需額外修改（鏈接腳本確保_start對應(yīng)DDR目標(biāo)地址）。

2.緩存重新配置

重定位完成后，U-Boot會重新啟用I-cache/D-cache（若配置），提升執(zhí)行效率。此時(shí)MMU仍處于禁用狀態(tài)（直到Linux內(nèi)核啟動時(shí)啟用），CPU直接訪問DDR物理地址。

3.避免重定位后的地址錯(cuò)誤

?所有全局變量、函數(shù)指針均使用位置無關(guān)代碼（PIC）編譯，確保重定位后地址正確映射；

?鏈接腳本通過TEXT_BASE強(qiáng)制指定目標(biāo)地址，確保復(fù)制后的鏡像在DDR中地址對齊。

五、RK3506重定位的特殊注意事項(xiàng)

1.DDR初始化優(yōu)先級：RK3506的DDR控制器初始化是重定位的前提，需通過lowlevel_init配置DDR時(shí)序、電壓，確保DDR穩(wěn)定工作；

2.Flash訪問兼容性：若初始加載地址為SPI Flash（如0x10000000），復(fù)制時(shí)需通過RK3506的SPI控制器驅(qū)動讀取Flash數(shù)據(jù)，再寫入DDR；

3.內(nèi)存布局優(yōu)化：RK3506的DDR起始地址通常為0x80000000，U-Boot重定位后，會在DDR中預(yù)留后續(xù)加載Linux內(nèi)核（如0x80200000）和設(shè)備樹（如0x80100000）的空間，避免地址沖突。

六、總結(jié)：重定位的完整流程

RK3506 U-Boot重定位的核心是“初始化硬件→復(fù)制鏡像→切換執(zhí)行環(huán)境”，完整流程可概括為：

1.復(fù)位入口（reset）：切換SVC模式、禁用中斷、初始化向量表；

2.底層初始化：初始化CP15寄存器（緩存/ MMU）、板級硬件（DDR/PLL）；

3.確定地址：通過鏈接腳本獲取源地址、目標(biāo)地址（DDR）；

4.鏡像復(fù)制：memcpy復(fù)制代碼段/數(shù)據(jù)段到DDR，清零BSS段；

5.切換執(zhí)行：更新棧指針，跳轉(zhuǎn)到DDR中的U-Boot繼續(xù)執(zhí)行；

6.后續(xù)初始化：加載設(shè)備樹、初始化外設(shè)、引導(dǎo)Linux內(nèi)核。

重定位是U-Boot從“小容量初始環(huán)境”到“大容量運(yùn)行環(huán)境”的關(guān)鍵一步，理解其原理不僅能幫助排查啟動故障（如DDR初始化失敗導(dǎo)致重定位失敗），也能為定制化U-Boot（如調(diào)整內(nèi)存布局、優(yōu)化啟動速度）提供基礎(chǔ)。

對于RK3506開發(fā)者，建議結(jié)合鏈接腳本和lowlevel_init代碼，重點(diǎn)關(guān)注CONFIG_SYS_TEXT_BASE和DDR初始化參數(shù)，確保重定位地址與硬件配置一致。

審核編輯 黃宇