Uboot启动过程分析 | Felix’s Micro Space

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IMX6ULL 完整内存映射布局表

The memory system consists of these components:
Level 1 cache—32 KB instruction, 32 KB data cache
Level 2 cache—unified instruction and data (128 KB)
On-Chip Memory:
Boot ROM, including High-Assurance Boot (HAB, 96 KB)
Internal fast access RAM (OCRAM, 128 KB)
External memory interfaces:
16-bit LP-DDR2, 16-bit DDR3-400, and LV-DDR3-400
8-bit NAND-flash, including support for Raw MLC/TLC, 2 KB ,4 KB, and 8 KB page size, BA-NAND, PBA-NAND, LBA-NAND, OneNAND™, and others
BCH ECC up to 40 bits
16-bit NOR flash
16-bit PSRAM, Cellular RAM
Dual-channel/single-channel QuadSPI flash

1. 内部存储器映射

起始地址	结束地址	容量	内容	说明
0x00000000	0x00017FFF	96KB	BootROM Code	CPU上电后执行的固化代码
0x00900000	0x0091FFFF	128KB	OCRAM (On-Chip RAM)	内部高速缓存，启动时使用

OCRAM 详细布局 (启动阶段)

起始地址	结束地址	容量	内容	用途
0x00900000	0x00903FFF	16KB	SPL Code	Secondary Program Loader
0x00904000	0x00907FFF	16KB	SPL Stack	SPL运行时栈空间
0x00908000	0x0091BFFF	80KB	SPL Heap/BSS	SPL数据段和堆空间
0x0091C000	0x0091FFFF	16KB	BootROM数据	ROM代码工作区域

2. 外部DDR3内存映射 (512MB)

起始地址	结束地址	容量	内容	说明
0x80000000	0x8007FFFF	512KB	保留区域	系统保留，避免冲突
0x80080000	0x8077FFFF	~119MB	Linux Kernel Image	内核镜像加载区域
0x80800000	0x8087FFFF	512KB	Kernel解压缓冲区	内核解压临时空间
0x83000000	0x8307FFFF	512KB	Device Tree Blob	设备树二进制文件
0x84000000	0x85FFFFFF	32MB	Initial Ramdisk	初始化RAM磁盘
0x87800000	0x87FFFFFF	8MB	U-Boot运行区域	详见下表
0x88000000	0x9FFFFFFF	384MB	Linux运行时内存	内核运行时动态分配

3. U-Boot详细内存布局 (0x87800000-0x87FFFFFF)

起始地址	结束地址	容量	内容	详细说明
0x87800000	0x8780001F	32B	异常向量表	ARM异常向量表(8个向量×4字节)
0x87800020	0x878003FF	992B	异常处理代码	各种异常的处理函数
0x87800400	0x8785FFFF	~384KB	U-Boot主代码段(.text)	主要功能代码
0x87860000	0x8787FFFF	128KB	只读数据段(.rodata)	常量、字符串等
0x87880000	0x878BFFFF	256KB	数据段(.data)	已初始化全局变量
0x878C0000	0x878FFFFF	256KB	BSS段(.bss)	未初始化全局变量
0x87900000	0x879FFFFF	1MB	堆空间(Heap)	动态内存分配
0x87A00000	0x87BFFFFF	2MB	栈空间(Stack)	函数调用栈
0x87C00000	0x87DFFFFF	2MB	环境变量区	U-Boot环境变量存储
0x87E00000	0x87EFFFFF	1MB	设备树临时区	设备树修改缓冲区
0x87F00000	0x87FFFFFF	1MB	命令缓冲区	命令行解析和缓存

4. 布局设计原因分析

4.1 起始地址选择原因

BootROM (0x00000000)

原因: 硬件固定，CPU复位后PC指向0x00000000

特点: 不可修改，厂商固化代码

OCRAM (0x00900000)

原因: 内部高速RAM，无需DDR初始化即可使用

用途: 启动早期阶段，DDR未初始化前的代码执行

Kernel Image (0x80080000)

原因:

避开DDR起始地址，防止被覆盖
512KB偏移给系统保留空间
方便内核重定位和解压

U-Boot (0x87800000)

原因:

位于DDR高地址区域，避免与内核冲突
120MB偏移确保足够的内核空间
8MB空间满足U-Boot所有功能需求

4.2 组件间距离设计

4.3 异常向量表地址原因

0x87800020选择依据：

硬件要求: ARM异常向量必须32字节对齐

性能考虑: 位于DDR中，访问速度快

安全隔离: 远离内核和用户数据

调试便利: 固定地址便于开发调试

兼容性: 符合ARM AAPCS调用约定

4.4 布局优势

启动效率: OCRAM→DDR平滑过渡

内存保护: 各组件间充足间隔，防止覆盖

扩展性: 为内核和应用预留充足空间

调试友好: 固定地址便于问题定位

安全性: 关键代码位于高地址，不易被意外修改

这种布局设计充分考虑了IMX6ULL的硬件特性、启动流程需求和系统稳定性要求。

IMX6ULL BootROM数据区域详细布局 (0x0091C000-0x0091FFFF)

1. BootROM数据区域总体划分 (16KB)

起始地址	结束地址	容量	内容	详细说明
0x0091C000	0x0091C3FF	1KB	系统初始栈	BootROM运行时栈空间
0x0091C400	0x0091C7FF	1KB	全局数据区	BootROM全局变量和状态
0x0091C800	0x0091CBFF	1KB	启动参数区	启动配置和选择参数
0x0091CC00	0x0091CFFF	1KB	硬件配置缓存	硬件初始化状态缓存
0x0091D000	0x0091D3FF	1KB	启动设备信息	启动设备相关数据
0x0091D400	0x0091D7FF	1KB	时钟配置数据	PLL和时钟设置
0x0091D800	0x0091DFFF	2KB	临时缓冲区	数据读取和处理缓冲
0x0091E000	0x0091E7FF	2KB	安全启动数据	HAB相关安全验证数据
0x0091E800	0x0091EFFF	2KB	调试和诊断	错误码、日志信息
0x0091F000	0x0091F7FF	2KB	启动镜像头	解析的启动镜像信息
0x0091F800	0x0091FFFF	2KB	ROM API数据	ROM API函数工作区域

0x0091fb00 = 0x0091fa00 + 0x100（GD_SIZE）

2. 各区域详细结构

2.1 系统初始栈 (0x0091C000-0x0091C3FF, 1KB)

2.2 全局数据区 (0x0091C400-0x0091C7FF, 1KB)

偏移	地址	大小	内容	说明
+0x00	0x0091C400	4B	boot_mode	启动模式标识
+0x04	0x0091C404	4B	boot_device	启动设备ID
+0x08	0x0091C408	4B	boot_instance	启动设备实例号
+0x0C	0x0091C40C	4B	boot_cfg	启动配置字
+0x10	0x0091C410	16B	cpu_id	CPU标识信息
+0x20	0x0091C420	4B	silicon_rev	芯片版本号
+0x24	0x0091C424	4B	rom_version	ROM版本信息
+0x28	0x0091C428	8B	boot_start_time	启动时间戳
+0x30	0x0091C430	64B	otp_config	OTP熔丝配置
+0x70	0x0091C470	144B	预留区域	未来扩展使用

2.3 启动参数区 (0x0091C800-0x0091CBFF, 1KB)

2.4 硬件配置缓存 (0x0091CC00-0x0091CFFF, 1KB)

地址	内容	说明
0x0091CC00-0x0091CC3F	DDR配置	DDR初始化参数缓存
0x0091CC40-0x0091CC7F	时钟树状态	各时钟域配置状态
0x0091CC80-0x0091CCBF	电源管理	PMIC和电源域状态
0x0091CCC0-0x0091CCFF	IO复用配置	管脚复用设置
0x0091CD00-0x0091CD3F	中断控制器	GIC初始化状态
0x0091CD40-0x0091CFFF	其他硬件状态	外设初始化状态

2.5 启动设备信息 (0x0091D000-0x0091D3FF, 1KB)

2.6 时钟配置数据 (0x0091D400-0x0091D7FF, 1KB)

偏移	内容	说明
+0x000	ARM PLL配置	CPU主频设置
+0x040	系统PLL配置	系统时钟PLL
+0x080	USB PLL配置	USB时钟PLL
+0x0C0	音频PLL配置	音频相关时钟
+0x100	视频PLL配置	显示相关时钟
+0x140	时钟分频器	各模块时钟分频
+0x180	时钟门控	时钟使能控制
+0x1C0	时钟选择器	时钟源选择

3. 关键地址定义

4. 使用场景和访问模式

4.1 启动流程中的使用

BootROM启动: 使用栈空间执行初始化

参数解析: 读取启动配置参数

硬件初始化: 缓存硬件状态

设备检测: 存储启动设备信息

镜像加载: 使用缓冲区加载下一级程序

4.2 数据传递

给SPL传递: 通过全局数据区传递启动信息

给U-Boot传递: 部分关键参数保持到U-Boot阶段

调试信息: 错误码和状态信息供调试使用

这种详细的内存布局设计确保了BootROM能够高效、安全地完成系统初始化任务。

配置验证