[uboot] （第三章）uboot流程——uboot-spl代碼流程

2016年10月28日 16:24:14閱讀數：2077

以下例子都以project X項目tiny210（s5pv210平臺,armv7架構）為例。

[uboot] uboot流程系列：?
[project X] tiny210(s5pv210)上電啟動流程（BL0-BL2）?
[uboot] （第一章）uboot流程——概述?
[uboot] （第二章）uboot流程——uboot-spl編譯流程

建議參考文章?
[kernel 啟動流程] （第二章）第一階段之——設置SVC、關閉中斷?
[kernel 啟動流程] （第六章）第一階段之——打開MMU?
ARM的CP15協處理器的寄存器

建議先看《[project X] tiny210(s5pv210)上電啟動流程（BL0-BL2）》，根據例子了解一下上電之后的BL0\BL1\BL2階段，以及各個階段的運行位置，功能。

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一、說明

1、uboot-spl入口說明

通過uboot-spl編譯腳本project-X/u-boot/arch/arm/cpu/u-boot-spl.lds

ENTRY(_start)

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所以uboot-spl的代碼入口函數是_start?
對應于路徑project-X/u-boot/arch/arm/lib/vector.S的_start，后續就是從這個函數開始分析。

2、CONFIG_SPL_BUILD說明

前面說過，在編譯SPL的時候，編譯參數會有如下語句：?
project-X/u-boot/scripts/Makefile.spl

KBUILD_CPPFLAGS += -DCONFIG_SPL_BUILD

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所以說在編譯SPL的代碼的過程中，CONFIG_SPL_BUILD這個宏是打開的。?
uboot-spl和uboot的代碼是通用的，其區別就是通過CONFIG_SPL_BUILD宏來進行區分的。

二、uboot-spl需要做的事情

CPU初始剛上電的狀態。需要小心的設置好很多狀態，包括cpu狀態、中斷狀態、MMU狀態等等。?
在armv7架構的uboot-spl，主要需要做如下事情

• 關閉中斷，svc模式
• 禁用MMU、TLB
• 芯片級、板級的一些初始化操作?
  
  • IO初始化
  • 時鐘
  • 內存
  • 選項，串口初始化
  • 選項，nand flash初始化
  • 其他額外的操作
• 加載BL2，跳轉到BL2

上述工作，也就是uboot-spl代碼流程的核心。

三、代碼流程

1、代碼整體流程

代碼整體流程如下，以下列出來的就是spl核心函數。?
_start———–>reset————–>關閉中斷?
………………………………|?
………………………………———->cpu_init_cp15———–>關閉MMU,TLB?
………………………………|?
………………………………———->cpu_init_crit————->lowlevel_init————->平臺級和板級的初始化?
………………………………|?
………………………………———->_main————–>board_init_f_alloc_reserve & board_init_f_init_reserve & board_init_f———->加載BL2,跳轉到BL2?
board_init_f執行時已經是C語言環境了。在這里需要結束掉SPL的工作，跳轉到BL2中。

2、_start

上述已經說明了_start是整個spl的入口，其代碼如下：?
arch/arm/lib/vector.S

_start: #ifdef CONFIG_SYS_DV_NOR_BOOT_CFG.word CONFIG_SYS_DV_NOR_BOOT_CFG #endifb reset

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會跳轉到reset中。?
注意，spl的流程在reset中就應該被結束，也就是說在reset中，就應該轉到到BL2，也就是uboot中了。?
后面看reset的實現。

3、reset

建議先參考[kernel 啟動流程] （第二章）第一階段之——設置SVC、關閉中斷，了解一下為什么要設置SVC、關閉中斷以及如何操作。

代碼如下：?
arch/arm/cpu/armv7/start.S

.globl reset.globl save_boot_params_retreset:/* Allow the board to save important registers */b save_boot_params save_boot_params_ret:/** disable interrupts (FIQ and IRQ), also set the cpu to SVC32 mode,* except if in HYP mode already*/mrs r0, cpsrand r1, r0, #0x1f @ mask mode bitsteq r1, #0x1a @ test for HYP modebicne r0, r0, #0x1f @ clear all mode bitsorrne r0, r0, #0x13 @ set SVC modeorr r0, r0, #0xc0 @ disable FIQ and IRQmsr cpsr,r0 @@ 以上通過設置CPSR寄存器里設置CPU為SVC模式，禁止中斷 @@ 具體操作可以參考《[kernel 啟動流程] （第二章）第一階段之——設置SVC、關閉中斷》的分析/* the mask ROM code should have PLL and others stable */ #ifndef CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INITbl cpu_init_cp15 @@ 調用cpu_init_cp15，初始化協處理器CP15,從而禁用MMU和TLB。 @@ 后面會有一小節進行分析bl cpu_init_crit @@ 調用cpu_init_crit，進行一些關鍵的初始化動作，也就是平臺級和板級的初始化 @@ 后面會有一小節進行分析 #endifbl _main @@ 跳轉到主函數，也就是要加載BL2以及跳轉到BL2的主體部分

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4、cpu_init_cp15

建議先參考[kernel 啟動流程] （第六章）第一階段之——打開MMU兩篇文章的分析。?
cpu_init_cp15主要用于對cp15協處理器進行初始化，其主要目的就是關閉其MMU和TLB。?
代碼如下(去掉無關部分的代碼)：?
arch/arm/cpu/armv7/start.S

ENTRY(cpu_init_cp15)/** Invalidate L1 I/D*/mov r0, #0 @ set up for MCRmcr p15, 0, r0, c8, c7, 0 @ invalidate TLBsmcr p15, 0, r0, c7, c5, 0 @ invalidate icachemcr p15, 0, r0, c7, c5, 6 @ invalidate BP arraymcr p15, 0, r0, c7, c10, 4 @ DSBmcr p15, 0, r0, c7, c5, 4 @ ISB @@ 這里只需要知道是對CP15處理器的部分寄存器清零即可。 @@ 將協處理器的c7\c8清零等等，各個寄存器的含義請參考《ARM的CP15協處理器的寄存器》/** disable MMU stuff and caches*/mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0bic r0, r0, #0x00002000 @ clear bits 13 (--V-)bic r0, r0, #0x00000007 @ clear bits 2:0 (-CAM)orr r0, r0, #0x00000002 @ set bit 1 (--A-) Alignorr r0, r0, #0x00000800 @ set bit 11 (Z---) BTB #ifdef CONFIG_SYS_ICACHE_OFFbic r0, r0, #0x00001000 @ clear bit 12 (I) I-cache #elseorr r0, r0, #0x00001000 @ set bit 12 (I) I-cache #endifmcr p15, 0, r0, c1, c0, 0 @@ 通過上述的文章的介紹，我們可以知道cp15的c1寄存器就是MMU控制器 @@ 上述對MMU的一些位進行清零和置位，達到關閉MMU和cache的目的，具體的話去看一下上述文章吧。ENDPROC(cpu_init_cp15)

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5、cpu_init_crit

cpu_init_crit，進行一些關鍵的初始化動作，也就是平臺級和板級的初始化。其代碼核心就是lowlevel_init，如下?
arch/arm/cpu/armv7/start.S

ENTRY(cpu_init_crit)/** Jump to board specific initialization...* The Mask ROM will have already initialized* basic memory. Go here to bump up clock rate and handle* wake up conditions.*/b lowlevel_init @ go setup pll,mux,memory ENDPROC(cpu_init_crit)

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所以說lowlevel_init就是這個函數的核心。?
lowlevel_init一般是由板級代碼自己實現的。但是對于某些平臺來說，也可以使用通用的lowlevel_init，其定義在arch/arm/cpu/lowlevel_init.S中?
以tiny210為例，在移植tiny210的過程中，就需要在board/samsung/tiny210下，也就是板級目錄下面創建lowlevel_init.S，在內部實現lowlevel_init。（其實只要實現了lowlevel_init了就好，沒必要說在哪里是實現，但是通常規范都是創建了lowlevel_init.S來專門實現lowlevel_init函數）。

在lowlevel_init中，我們要實現如下：?
* 檢查一些復位狀態?
* 關閉看門狗?
* 系統時鐘的初始化?
* 內存、DDR的初始化?
* 串口初始化（可選）?
* Nand flash的初始化

下面以tiny210的lowlevel_init為例（這里說明一下，當時移植tiny210的時候，是直接把kangear的這個lowlevel_init.S文件拿過來用的）?
這部分代碼和平臺相關性很強，簡單介紹一下即可?
board/samsung/tiny210/lowlevel_init.S

lowlevel_init:push {lr}/* check reset status */ldr r0, =(ELFIN_CLOCK_POWER_BASE+RST_STAT_OFFSET)ldr r1, [r0]bic r1, r1, #0xfff6ffffcmp r1, #0x10000beq wakeup_reset_precmp r1, #0x80000beq wakeup_reset_from_didle @@ 讀取復位狀態寄存器0xE010_a000的值，判斷復位狀態。/* IO Retention release */ldr r0, =(ELFIN_CLOCK_POWER_BASE + OTHERS_OFFSET)ldr r1, [r0]ldr r2, =IO_RET_RELorr r1, r1, r2str r1, [r0] @@ 讀取混合狀態寄存器E010_e000的值，對其中的某些位進行置位，復位后需要對某些wakeup位置1，具體我也沒搞懂。/* Disable Watchdog */ldr r0, =ELFIN_WATCHDOG_BASE /* 0xE2700000 */mov r1, #0str r1, [r0] @@ 關閉看門狗@@ 這里忽略掉一部分對外部SROM操作的代碼/* when we already run in ram, we don't need to relocate U-Boot.* and actually, memory controller must be configured before U-Boot* is running in ram.*/ldr r0, =0x00ffffffbic r1, pc, r0 /* r0 <- current base addr of code */ldr r2, _TEXT_BASE /* r1 <- original base addr in ram */bic r2, r2, r0 /* r0 <- current base addr of code */cmp r1, r2 /* compare r0, r1 */beq 1f /* r0 == r1 then skip sdram init */ @@ 判斷是否已經在SDRAM上運行了，如果是的話，就跳過以下兩個對ddr初始化的步驟 @@ 判斷方法如下： @@ 1、獲取當前pc指針的地址，屏蔽其低24bit，存放與r1中 @@ 2、獲取_TEXT_BASE（CONFIG_SYS_TEXT_BASE）地址，也就是uboot代碼段的鏈接地址，后續在uboot篇的時候會說明，并屏蔽其低24bit @@ 3、如果相等的話，就跳過DDR初始化的部分/* init system clock */bl system_clock_init @@ 初始化系統時鐘，后續有時間再研究一下具體怎么配置的/* Memory initialize */bl mem_ctrl_asm_init @@ 重點注意：在這里初始化DDR的！！！后續會寫一篇文章說明一下s5pv210平臺如何初始化DDR.1:/* for UART */bl uart_asm_init @@ 串口初始化，到這里串口會打印出一個'O'字符，后續通過寫字符到UTXH_OFFSET寄存器中，就可以在串口上輸出相應的字符。bl tzpc_init#if defined(CONFIG_NAND)/* simple init for NAND */bl nand_asm_init @@ 簡單地初始化一下NAND flash，有可能BL2的鏡像是在nand flash上面的。 #endif/* Print 'K' */ldr r0, =ELFIN_UART_CONSOLE_BASEldr r1, =0x4b4b4b4bstr r1, [r0, #UTXH_OFFSET] @@ 再串口上打印‘K’字符，表示lowlevel_init已經完成pop {pc} @@ 彈出PC指針，即返回。

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當串口中打印出‘OK’的字符的時候，說明lowlevel_init已經執行完成。?
system_clock_init是初始化時鐘的地方。 mem_ctrl_asm_init這個函數是初始化DDR的地方。后續應該有研究一下這兩個函數。這里先有個印象。

6、_main

spl的main的主要目標是調用board_init_f進行先前的板級初始化動作，在tiny210中，主要設計為，加載BL2到DDR上并且跳轉到BL2中。DDR在上述lowlevel_init中已經初始化好了。?
由于board_init_f是以C語言的方式實現，所以需要先構造C語言環境。?
注意：uboot-spl和uboot的代碼是通用的，其區別就是通過CONFIG_SPL_BUILD宏來進行區分的。?
所以以下代碼中，我們只列出spl相關的部分，也就是被CONFIG_SPL_BUILD包含的部分。?
arch/arm/lib/crt0.S

ENTRY(_main)/** Set up initial C runtime environment and call board_init_f(0).*/ @ 注意看這里的注釋，也說明了以下代碼的主要目的是，初始化C運行環境，調用board_init_f。ldr sp, =(CONFIG_SPL_STACK)bic sp, sp, #7 /* 8-byte alignment for ABI compliance */mov r0, spbl board_init_f_alloc_reservemov sp, r0/* set up gd here, outside any C code */mov r9, r0bl board_init_f_init_reservemov r0, #0bl board_init_fENDPROC(_main)

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代碼拆分如下：?
（1）因為后面是C語言環境，首先是設置堆棧

ldr sp, =(CONFIG_SPL_STACK) @@ 設置堆棧為CONFIG_SPL_STACKbic sp, sp, #7 /* 8-byte alignment for ABI compliance */ @@ 堆棧是8字節對齊，2^7bit=2^3byte=8bytemov r0, sp @@ 把堆棧地址存放到r0寄存器中

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關于CONFIG_SPL_STACK，我們通過前面的文章《[project X] tiny210(s5pv210)上電啟動流程（BL0-BL2）》?
我們已經知道s5pv210的BL1(spl)是運行在IRAM的，并且IRAM的地址空間是0xD002_0000-0xD003_7FFF，IRAM前面的部分放的是BL1的代碼部分，所以把IRAM最后的空間用來當作堆棧。?
所以CONFIG_SPL_STACK定義如下：?
include/configs/tiny210.h

#define CONFIG_SPL_STACK 0xD0037FFF

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注意：上述還不是最終的堆棧地址，只是暫時的堆棧地址！！！

（2）為GD分配空間

bl board_init_f_alloc_reserve @@ 把堆棧的前面一部分空間分配給GD使用mov sp, r0 @@ 重新設置堆棧指針SP/* set up gd here, outside any C code */mov r9, r0 @@ 保存GD的地址到r9寄存器中

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注意：雖然sp的地址和GD的地址是一樣的，但是堆棧是向下增長的，而GD則是占用該地址后面的部分，所以不會有沖突的問題。?
關于GD，也就是struct global_data，可以簡單的理解為uboot的全局變量都放在了這里，比較重要，所以后續有會寫篇文章說明一下global_data。這里只需要知道在開始C語言環境的時候需要先為這個結構體分配空間。?
board_init_f_alloc_reserve實現如下?
common/init/board_init.c

ulong board_init_f_alloc_reserve(ulong top) {/* Reserve early malloc arena *//* LAST : reserve GD (rounded up to a multiple of 16 bytes) */top = rounddown(top-sizeof(struct global_data), 16); // 現將top（也就是r0寄存器，前面說過存放了暫時的指針地址），減去sizeof(struct global_data)，也就是預留出一部分空間給sizeof(struct global_data)使用。 // rounddown表示向下16個字節對其return top; // 到這里，top就存放了GD的地址，也是SP的地址 //把top返回，注意，返回后，其實還是存放在了r0寄存器中。 }

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還有一點，其實GD在spl中沒什么使用，主要是用在uboot中，但在uboot中的時候還需要另外分配空間，在講述uboot流程的時候會說明。

（3）初始化GD空間?
前面說了，此時r0寄存器存放了GD的地址。

bl board_init_f_init_reserve

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board_init_f_init_reserve實現如下?
common/init/board_init.c?
編譯SPL的時候_USE_MEMCPY宏沒有打開，所以我們去掉了_USE_MEMCPY的無關部分。

void board_init_f_init_reserve(ulong base) {struct global_data *gd_ptr;int *ptr;/** clear GD entirely and set it up.* Use gd_ptr, as gd may not be properly set yet.*/gd_ptr = (struct global_data *)base; // 從r0獲取GD的地址/* zero the area */for (ptr = (int *)gd_ptr; ptr < (int *)(gd_ptr + 1); )*ptr++ = 0; // 對GD的空間進行清零 }

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（4）跳轉到板級前期的初始化函數中?
如下代碼

bl board_init_f

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board_init_f需要由板級代碼自己實現。?
在這個函數中，tiny210主要是實現了從SD卡上加載了BL2到ddr上，然后跳轉到BL2的相應位置上?
tiny210的實現如下：?
board/samsung/tiny210/board.c

#ifdef CONFIG_SPL_BUILD void board_init_f(ulong bootflag) {__attribute__((noreturn)) void (*uboot)(void);int val; #define DDR_TEST_ADDR 0x30000000 #define DDR_TEST_CODE 0xaatiny210_early_debug(0x1);writel(DDR_TEST_CODE, DDR_TEST_ADDR);val = readl(DDR_TEST_ADDR);if(val == DDR_TEST_CODE)tiny210_early_debug(0x3);else{tiny210_early_debug(0x2);while(1);} // 先測試DDR是否完成copy_bl2_to_ddr(); // 加載BL2的代碼到ddr上uboot = (void *)CONFIG_SYS_TEXT_BASE; // uboot函數設置為BL2的加載地址上(*uboot)(); // 調用uboot函數，也就跳轉到BL2的代碼中 } #endif

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關于copy_bl2_to_ddr的實現，也就是如何從SD卡或者nand flash上加載BL2到DDR上的問題，請參考后續文章《[project X] tiny210(s5pv210)代碼加載說明》。

到此，SPL的任務就完成了，也已經跳到了BL2也就是uboot里面去了。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的3-uboot-spl代码流程的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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