[转载]U-BOOT在PowerPC860上的移植

U-BOOT在PowerPC860上的移植

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PPCBOOT/U-BOOT简介
ppcboot的前身是8XXROM和FADSROM，其最高版本为2.0，版本2.0之后称为U-BOOT。本文结合u-boot-0.2.0来详细叙述移植的整个过程。u-boot-0.2.0支持BOOTP，TFTP，SERIAL代码下载；支持NetBSD，Linux，Vxworks和QNX；支持Alpha, ARM, Intel x86, IA64, MIPS, MIPS, PowerPC, IBM S390, SuperH, Sparc, Sparc 64 Bit等目标CPU架构。详细的说明可以参见U-BOOT的README文件。本文移植的目标板对象是参照FADS板设计的低成本开发板，主要用于网络通信控制。

U-BOOT源代码分析
首先来分析一下U-BOOT的源代码分布，然后再做分析。可惜不能贴图，不然会直观很多，下面只好一一介绍了。

1.头文件
头文件位于源码树下的include/下，其中各种主板的配置文件位于/include/configs/文件夹中，比如FADS860T主板的配置文件为/include/configs/FADS860T.h；目录/include/asm-ppc包括了一些比较底层的头文件，编译时会根据不同的配置与/include/configs/asm建立一个符号链接。

2.与目标板相关的代码
U-BOOT支持大多数比较常见的目标板，比如MOTOROLA的FADS板，一般来说，自己设计的主板和这些主板都是大同小异，差别不会太大。源代码树中board/下的每个文件夹对应一个或几个主板，例如，/board/fads目录对应的就是FADS板的源代码，主板上一些资源的初始化代码就在这个文件夹中（例如FLASH、SDRAM等）。

3.与CPU相关的代码
u-boot-0.2.0只支持PowerPC系列的主板，与CPU相关的代码位于源代码树下的CPU/下的各个目录中，例如ppc855、ppc860的代码就位于/cpu/mpc8xx/文件夹中。其中start.S是U-BOOT的入口代码，由汇编语言实现，是整个程序的入口。相应的，目录/cpu/mpc824x/对应的就是824x系列CPU的相关代码。

4.公共代码
除了与主板，CPU特性相关的代码外，剩下最主要的就是共用代码，位于/common/目录下面，U-BOOT的命令解析代码/common/command.c；U-BOOT环境变量处理代码environment.c等都位于该目录下。另外，PowerPC系列的主板初始化代码也是公用的，位于/lib_ppc/board.c中，在完成CPU的初始化之后，程序会跳到该文件执行主板的初始工作，与主板相关代码的执行都是在该文件中调用。

5.网络传输
网络传输代码位于/net/目录下面，arp.c ,bootp.c,eth.c,tftp.c等代码都在这里，以太网初始化、BOOTP和TFTP等功能的实现也是由该目录下的代码完成。

6.Makefile文件
Makefile文件位于U-BOOT的根目录下，是整个编译的控制主文件，后面小节会讲到如何修改该文件以实现针对自己主板的编译控制。

7.关键的驱动程序代码
U-BOOT中几个比较关键的外设驱动包括串口的初始化，以太网口驱动，SDRAM初始化，FLASH初始化，以FADS板为例，分别位于：
串口： /cpu/mpc8xx/serial.c
SDRAM: /board/fads/fads.c
FLASH: /board/fads/flash.c
ETHERNET: /cpu/mpc8xx/scc.c
FAST ETHERNET: /cpu/mpc8xx/fec.c
在移植的过程中这些都是需要修改的代码。

移植步骤
初步了解了U-BOOT的代码之后，下面开始具体的U-BOOT移植过程！

1．安装交叉编译环境
从下载ELDK(Embedded Linux Development Kit),这是一个针对PowerPC的交叉编译工具，体积比较庞大，下载后参考README进行安装，安装成功后需设置系统路径，或者在 /root/.bash_profile下设置path。完成后，如果在shell提示符（#）下输入: ppc_8xx-gcc –v 有版本信息输出，即表明已建立交叉编译环境，

2．编译测试
在主机上进入U-BOOT的目录中，#cd /opt/u-boot-0.2.0 , 在进行编译之前设置目标板配置，U-BOOT支持的主板种类在其目录中的README中可以查到，以下操作针对FADS860T主板：

#make FADS860T_config
如果屏幕出现两行信息：
rm –f include/config.h include/config.mk
Configuring for FADS860T board…
表明配置成功，然后运行命令：

#make
进行编译，如果编译能正常执行，并且最终产生目标代码u-boot.srec u-boot.bin u-boot,说明U-BOOT和交叉编译环境都可以正常使用。下面开始针对自己主板的U-BOOT移植。

3．U-BOOT启动过程
从哪里入手呢？先了解U-BOOT的启动过程，这样就能知道从哪里入手了！
CPU入口函数（FLASH中运行）： /cpu/mpc8xx/start.S
CPU初始化(FLASH中运行)： /cpu/mpc8xx/cpu_init.c
主板初始化（FLASH中运行）： /lib_ppc/board.c
串口初始化： /cpu/mpc8xx/serial.c
sdram初始化： /board/fads/fads.c
主板初始化（RAM中运行）：　 /lib_ppc/board.c
初始化过程是这样的：首先，U-BOOT程序在Flash中运行，执行必要的代码，如CPU初始化、串口初始化和内存初始化（此时仅仅是初始化了部分内存，保证u-boot的程序能在内存中装的下即可）。然后，程序拷贝u-boot到内存中，并跳转到内存执行，并且再执行一次的初始化，这次除了最基本的初始化如CPU初始化、串口初始化和内存初始化（整个内存），还有网络和其它外设的初始化。

4．添加自己的配置文件
参照Makefile文件，选择一个与自己目标板最为相近的一个主板，因为根据FADS860T板设计的，所以选择FADS860T板，在Makefile文件中找到如下代码：
FADS860T_config: unconfig
@./mkconfig $(@:_config=) ppc mpc8xx fads
在该配置后添加如下两行：
NEW860T_config: unconfig
@./mkconfig $(@:_config=) ppc mpc8xx fads
其中ppc是CPU的架构， mpc8xx是CPU对应的目录，fads是主板对应的目录，也可以新建一个目录，然后指向新的目录。
Makefile修改完毕还要在/include/configs/下添加对应的头文件，NEW860T_config对应的头文件是NEW860T.h,也可以将FADS860T拷贝一份，命名为NEW860T.h:

#cd /opt/u-boot-0.2.0/include/configs
#cp FADS860T.h NEW860T.h

完成之后，测试一下配置：
#make NEW860T_config
#make
如果能编译成功！说明这种配置可行，当然这时编译出来的目标代码和FADS860T是一模一样的。还需要根据自己的目标板进行修改。

5．目标板系统参数配置
目标板系统参数在/include/configs/NEW860T.h中配置，如果对自己的主板有足够的了解，做简单修改就可以了（因参照FADS板做的设计，在修改时我们参照了FADS板的设置），下面是针对我们开发板修改的参数以及一些比较关键的配置说明：

#define CONFIG_MPC860 1 （这个是必须的）

#define CONFIG_MPC860T 1 （MPC860的家族有好几种CPU，他们之间有一些差别）

#define CONFIG_FADS 1
（FADS用的是SDRAM，如果把这个也定义上，到时把相关代码和自己的主板对应起来也可以用了）

#define CONFIG_8xx_CONS_SMC1 1 （用SMC1当串口使用，作为CONSOLE）

#define CONFIG_BAUDRATE 115200
（串口的波特率，移植到主板后主机系统的超级终端设置要和该参数对应，不然会有一堆乱码出现）

#define MPC8XX_FACT 1 （晶阵倍频，FADS是12，我们的主板设为1）

#define MPC8XX_XIN 50000000 /* 4 MHz in */
（晶阵频率，FADS860T是4MHz的，我们的主板是50MHz）

#define MPC8XX_HZ ((MPC8XX_XIN) * (MPC8XX_FACT)) （工作频率）

#undef CONFIG_WATCHDOG /* watchdog disabled */ (WATCHDOG先关掉)

#define CFG_SDRAM_BASE 0x00000000 (SDRAM起始地址，不能错！)

#define CFG_FLASH_BASE 0x02800000
（FLASH的起始地址，分配的基地址为0x2800000）

#define CFG_FLASH_SIZE ((uint)(2 * 1024 * 1024)) (FLASH的大小)

#define CFG_ENV_IS_IN_FLASH 1 (U-BOOT的环境变量参数保存在FLASH中)

#define CFG_ENV_OFFSET 0x1fc000
FLASH有TOP-BOOT-SECTOR和BOTTOM-BOOT-SECTOR之分，我们用的是TOP-BOOT-SECTOR，U-BOOT的环境变量存在FLASH的最后一个SECTOR中，这是它在FLASH中的偏移地址。

#define CFG_ENV_SIZE 0x4000 （U-BOOT环境变量所占空间大小）

#define CFG_ENV_SECT_SIZE 0x4000 /*see README–env sector total size */
U-BOOT环境变量所在FLASH SECTOR的空间大小。

#define CFG_IMMR 0xff000000
找个没有用到的地址空间分配，这是内部寄存器的基地址，保证这个基地址要有64K大小的访问空间，这个地址范围不能和其它外设的地址范围有冲突
还有一些寄存器的初始值设置，一般不用做修改，但和内存控制有关的寄存器需要根据自己的主板特性进行修改！主要涉及以下寄存器：
OR0—OR7 BR0-BR7 MAMR/MBMR等。
其中，OR、BR寄存器的设置是与目标系统的地址划分相对应的，可以通过编程来确定每一个片选CS0—CS7所对应的地址空间。

通过以上修改，目标板的配置文件也完成的差不多了，下面进行代码修改！

6．串口初始化
因为参照FADS板进行的设计，CPU的入口函数/cpu/mpc8xx/start.S未做修改，程序在进行完CPU的上电初始化之后就跳入/cpu/mpc8xx/cpu_init.c进行一些寄存器的初始化。CPU初始化完成后调用/lib_ppc/board.c中的board_init_r()，进行串口初始化，因为串口正常工作之后就可以从超级终端上看到调试信息，可以大大方便调试。
串口初始化代码位于/cpu/mpc8xx/serial.c，FADS板上有一个CPLD的逻辑，我们的目标板上没有，所以对应于BCSR的设置改为自己相应管脚配置，其它未做修改。
另外，串口初始化完成之后要调用check_cpu(), check_board(), 在check_board()中FADS板会有一些访问BCSR地址的代码，也需要屏蔽掉。

7．SDRAM初始化
上面的工作全部是在FLASH中进行的，程序的限制很多，U-BOOT仅仅是在MPC860T内部的一小片RAM中开了一个小小的堆栈用于程序使用，不能定义大变量。接下来，程序进行32MB SDRAM的初始化。
SDRAM的初始化代码位于/board/fads/fads.c中，对应不同的SDRAM，UPM表是不一样的。UPM表说白了就是一些总线时序抽象为十六进制数字的产物，用数字来表示SDRAM的读写，刷新等时序。UPM表通常可以根据内存资料或者直接向设计开发板的硬件工程师讨教，密密麻麻一堆数字。另外，还有一个SDRAM上电的初始化时序，叫SDRAM POWERUP UPM表。 这两个UPM都需要改动，修改时要非常细心。
SDRAM的初始化是/lib_ppc/board.c中的board_init_f()调用的，入口为intidram()。

8．FLASH驱动
进行完SDRAM的初始化之后，U-BOOT会将代码拷贝到SDRAM中，在SDRAM中再次对CPU和CONSOLE进行一次初始化（参阅函数/lib_ppc/board.c中的board_init_r()函数），这部分代码不用做修改。但FLASH的初始化代码需要做修改。
FLASH的驱动位于/board/fads/flash.c，涉及FLASH型号的探测，擦除，编程，扇区保护和取消保护等操作。其中有一个公共结构体flash_info_t flash_info[CFG_MAX_FLASH_BANKS]用于保存FLASH的参数。需要根据目标系统所用的FLASH型号进行修改，需要提醒的是FLASH的数据总线宽度，要正确区分是8bit,16bit还是32bit，其它代码按照FLASH的编程手册修改即可。
建议把代码中FLASH的探测去掉，因为在生产中，由于采购渠道等种种原因，往往会以同类型的其它FLASH代替，如果此时再回头修改Flash部分代码，非常不合时宜。

9．FEC快速以太网初始化
FEC快速以太网的初始化也是在/lib_ppc/board.c中的board_init_r()函数中完成的，调用eth_initialize()，该函数位于/net/eth.c中，其中调用fec_initialize()注册快速以太网设备FEC。
FEC的驱动程序位于/cpu/mpc8xx/fec.c文件中，我们目标系统用的PHY为LX970A，除了将FADS中涉及到BCSR控制管脚的地方改为目标系统对应的管脚，未做其它修改。

至此，代码修改基本完成。最后，比如打开调试信息等在/include/common.h中定义
可根据实际需要进行设置，也可以在比较关注的地方添加调试信息。

编译&调试
1．编译
代码修改完毕，开始进行编译！编译之前要根据目标系统程序入口修改程序代码地址（位于/board/fads/config.mk中），我们的目标系统和FADS一样为0x2800000,没有进行修改。然后在U-BOOT的目录下运行如下命令：
#make NEW860T_config
#make
如果编译中遇到问题，按照打印信息做修改，然后再编译。

2．目标代码烧写
对于生成的三个目标文件，u-boot.srec是MOTOROLA S-Recoder格式的，u-boot.bin是二进制的，u-boot是ELF（Executable and Link Format）二进制格式的。
用WindRiver 的vision probe BDM仿真器或者其它的仿真器，将目标文件烧写到FLASH中的偏移地址0x100处。

3．调试
调试过程涉及到BDM仿真器的单步跟踪、察看寄存器等操作，需要熟悉仿真环境。调试中的难题主要出现在console口没有输出调试信息之前，因为一旦console可以输出调试信息了，所有的问题都变的简单很多，可以通过添加printf（）语句来查看想观察的信息。在console没有输出信息前，可以通过在板子上焊接发光二极管等方式进行判断，以确定程序是在何处发生问题。
调试的过程可划分为以下三个阶段：
 a) 程序代码可以在目标系统上运行
 b) console可以输出调试信息
 c) 可以在SDRAM中运行了

U-BOOT命令
U-BOOT运行稳定后，可以用它的内部命令来查看目标系统的信息，设置环境变量等，这里就几个比较常用的命令做简单叙述，详细说明可参考U-BOOT帮助文档。

help/？帮助命令
用于查询U-BOOT支持的命令，并列出简单说明，help和？是同一命令。

bdinfo查看目标系统参数和变量
查看目标板的硬件配置，各种变量参数

setenv设置环境变量
比较常用的有：
setenv ipaddr *.*.*.*
setenv serverip *.*.*.*
setenv gatewayip *.*.*.*
setenv ethaddr *.*.*.*.*.*

printenv 查看环境变量

saveenv 保存设置的环境变量到FLASH

mw md mm －内存的写，查看，修改

flinfo 查看flash的信息

erase【startaddr endaddr】 擦除flash，只能进行一个或多个完整sector的擦

cp 【sourceaddr targetaddr size】 内存复制，可以在RAM和FLASH中交换数据

imi 【startaddr】 查看内核映象文件

bootm 【startaddr】 从某个地址启动内核

tftpboot 【startaddr imagename】 通过tftp从主机系统下载内核映象文件

reset 系统复位


小结
u-boot的移植过程基本如上所述，不同的目标系统会出现不同的问题，但只要抓住移植过程的主线，遇到问题时详细分析可能的原因，通过网上的讨论区、别人的移植经验，还是比较容易完成的。移植的过程基本上如下：

1：获取源代码
2：了解源代码分布情况
3：掌握关键代码
4：添加新的配置文件
5：根据目标板设置新的配置
6：编译&调试


在移植过程中参照了internet上的大量文档和说明，对移植过程有很大的帮助。遇到问题时先用google狗几下，可以从一些论坛上、别人的移植经验中获得不少启发，一般来说国内的论坛问的多，解决问题的少，建议直接用英文google。以下是一些很好的入门文档：