vivi源代码分析3

继续分析vivi源代码。

 

step 5：

 

    MTD设备初始化。

 

    关于什么是MTD，为什么要使用MTD，MTD技术的架构是什么，等等，可以参考《Linux MTD源代码分析》（作者：Jim Zeus，2002-04-29）。这份文档的参考价值比较大，猜想作者在当时可能研究了很长时间，毕竟2002年的时候资料还比较缺乏。当然，因为完全分析透彻，方方面面都点透，这份文档还是没有做到。

 

    vivi采用Linux kernel的架构，所以把Linux kernel的MTD子系统借用过来了，做了一些裁减。可以简单地看成：Flash硬件驱动层和MTD设备层。这样，最终以抽象的统一的接口向vivi提供。

 

    还是以nand flash启动这个情景为主线，对MTD初始化流程进行分析。下面先从入口开始。

 

ret = mtd_dev_init();

 

    利用source insight跟踪，看一下此函数的接口定义部分：

 

/*
 * VIVI Interfaces
 */
#ifdef CONFIG_MTD
int write_to_flash(loff_t ofs, size_t len, const u_char *buf, int flag);
int mtd_dev_init(void);
#else
#define write_to_flash(a, b, c, d) (int)(1)
#define mtd_dev_init() (int)(1)
#endif


 

    可见，vivi在配置的时候是必须配置MTD功能部分的。如果不配置MTD，那么CONFIG_MTD就不存在定义。由此导致写flash的动作实际上是没有的。也就是说，无法完成写flash的动作。当然，在这里可以做测试，就是使用MTD子系统的vivi把分区等都设置好。然后重新编译一下vivi，把mtd功能去除，做简单的修改（把bon_cmd部分从【lib/command.c】中去掉，否则编译不通过），生成大小为35152字节。给开发板重新上电，利用老的vivi烧写nand flash的vivi分区，完成后做一下reset，于是没有MTD功能的vivi就跑起来了。但是，这样的bootloader仅仅适合于最终的产品阶段，不适合开发，没什么太大的价值。有兴趣倒是可以据此研究一下配置部分，整个引导时间相应的缩短。我的最小配置文件如下：

 

文件:	config.rar
大小:	0KB
下载:	下载

 

    下面【drivers/mtd/mtdcore.c】，看看mtd_dev_init函数，核心部分就是调用mtd_init函数（【drivers/mtd/maps/s3c2410_flash.c】）。

 

int mtd_init(void)
{
    int ret;

#ifdef CONFIG_MTD_CFI
    ret = cfi_init();
#endif
#ifdef CONFIG_MTD_SMC
    ret = smc_init();
#endif
#ifdef CONFIG_S3C2410_AMD_BOOT
    ret = amd_init();
#endif


 

    可见，vivi现在支持三种类型的存储接口，一种是CFI，也就是Intel发起的一个flash的接口标准，主要就是intel的nor flash系列；一种是smc，智能卡系列接口，nand flash就是通过这个接口实现读写的；一种是AMD的flash系列。选择什么启动方式，就要选择相应的配置项。

 

    核心部分根据配置应该调用smc_init函数。-->【drivers/mtd/maps/s3c2410_flash.c】。这里最为核心的就是两个数据结构，一个是mtd_info，位于【include/mtd/mtd.h】，如下：

 

    mtd_info是表示MTD设备的结构，每个分区也被表示为一个mtd_info，如果有两个MTD设备，每个设备有三个分区，那么在系统中就一共有6 个mtd_info结构。关于mtd_info，在《Linux MTD源代码分析》中讲解非常透彻，不过需要注意的是，在vivi的实现中没有使用mtd_table，另外priv指向的是nand_info，这些都是与Linux下不同的地方，主要是为了简化。另一个是nand_info，这个结构则包含了nand flash的所有信息。

 

    所谓的初始化，其实就是填充处理上述两个数据结构的过程。填充完毕之后，后续的工作都会基于此展开。下面开始看smc_init的代码。

 

mymtd = mmalloc(sizeof(struct mtd_info) + sizeof(struct nand_chip));
this = (struct nand_chip *)(&mymtd[1]);

 

    在这里，第一句参考前面heap的实现代码，重点看第二句代码。这句代码是有一定的技巧性，但是也存在着很大的风险。其中，mymtd是指向struct mtd_info的指针，那么mymtd[1]实际上是等效于*(mymtd + 1)的数学计算模式，注意mymtd并非数组，这里仅仅利用了编译器翻译的特点。对于指针而言，加1实际上增加的指针对应类型的值，在这里地址实际上增加了sizeof(struct mtd_info)，因为前面分配了两块连续的地址空间，所以&(*(mymtd + 1))实际上就是mtd_info数据结构结束的下一个地址，然后实现强制转换，于是this就成为了nand_chip的入口指针了。但是，这里必须要把握好，因为这个地方是不会进行内存的检查的，也就是说，如果你使用了mymtd[2]，那么仍然按照上述公式解析，虽然可以运算，可是就是明显的指针泄漏了，可能会出现意料不到的结果。写了一个测试程序，对这点进行了探讨，要小心内存问题。

 

文件:	array_test.tar.gz
大小:	0KB
下载:	下载

 

    了解清楚了，mymtd指向mtd_info的入口，this指向nand_chip的入口。

 

    memset((char *)mymtd, 0, sizeof(struct mtd_info));
    memset((char *)this, 0, sizeof(struct nand_chip));

 

mymtd->priv = this;

 

    上述代码首先初始化这两个结构体，即均为0.然后利用priv把二者联系起来，也就是mymtd通过其成员priv指向this，那么 mymtd中的抽闲操作函数，比如read、write等，真正的是通过this来实现的。很明显，this的实现部分属于flash硬件驱动层，而 mymtd部分则属于MTD设备层，二者的联系就是通过成员priv实现的。

 

    接下来首先是初始化nand flash设备，这跟前面的基础实验一致。

 

    /* set NAND Flash controller */
    nfconf = NFCONF;
    /* NAND Flash controller enable */
    nfconf |= NFCONF_FCTRL_EN;

    /* Set flash memory timing */
    nfconf &= ~NFCONF_TWRPH1;     /* 0x0 */
    nfconf |= NFCONF_TWRPH0_3;    /* 0x3 */
    nfconf &= ~NFCONF_TACLS;      /* 0x0 */

    NFCONF = nfconf;

 

    然后填充nand flash的数据结构的一个实例this，分成了两个部分，nand flash基本操作函数成员的初始化、其余信息的填写。

 

    /* Set address of NAND IO lines */
    this->hwcontrol = smc_hwcontrol;
    this->write_cmd = write_cmd;
    this->write_addr = write_addr;
    this->read_data = read_data;
    this->write_data = write_data;
    this->wait_for_ready = wait_for_ready;

    /* Chip Enable -> RESET -> Wait for Ready -> Chip Disable */
    this->hwcontrol(NAND_CTL_SETNCE);
    this->write_cmd(NAND_CMD_RESET);
    this->wait_for_ready();
    this->hwcontrol(NAND_CTL_CLRNCE);

    smc_insert(this);

 

    上面这些都不难理解，感觉在结构体设计上还是比较出色的，把成员和相应的操作封装起来，面向对象的一种方法。下面看smc_insert，无非还是按照结构体填写相应的信息，细节部分就不深入探讨了。

 


inline int
smc_insert(struct nand_chip *this) {
    /* Scan to find existance of the device */
    if (smc_scan(mymtd)) {
        return -ENXIO;
    }
    /* Allocate memory for internal data buffer */
    this->data_buf = mmalloc(sizeof(u_char) *
             (mymtd->oobblock + mymtd->oobsize));

    if (!this->data_buf) {
        printk("Unable to allocate NAND data buffer for S3C2410.\n");
        this->data_buf = NULL;
        return -ENOMEM;
    }

    return 0;
}

 

    第一部分扫描填充mymtd数据结构。后面主要用于nand flash的oob缓冲处理。具体部分可以参考《s3c2410完全开发》。

 

    这里重点是学习一种结构体的构造技巧。

 

    首先构造一级数据结构，表示抽象实体。例如：

 

struct nand_flash_dev {
    char * name;
    int manufacture_id;
    int model_id;
    int chipshift;
    char page256;
    char pageadrlen;
    unsigned long erasesize;
};

 

    然后构造实例集合，表现形式就是一个大的数组。

 

static struct nand_flash_dev nand_flash_ids[] = {
    {"Toshiba TC5816BDC", NAND_MFR_TOSHIBA, 0x64, 21, 1, 2, 0x1000},    // 2Mb 5V

    ... ....

    {"Samsung K9D1G08V0M", NAND_MFR_SAMSUNG, 0x79, 27, 0, 3, 0x4000},    // 128Mb

    {NULL,}
};

   

    这样修改扩展等等后续的操作就简便多了。抽象的能力及其训练在读代码的时候是可以很好的学习的，在vivi中，多处都采用了这种设计原则，应该掌握并利用。

 

step 6：

 

    此部分的功能是把vivi可能用到的所有私有参数都放在预先规划的内存区域，大小为48K，基地址为0x

33df0000。在内存的分配示意图方面，《s3c2410完全开发》已经比较详尽，就不放在这里了。到此为止，vivi作为 bootloader的三大核心任务：initialise various devices, and eventually call the Linux kernel,passing information to the kernel.，现在只是完成第一方面的工作，设备初始化基本完成，实际上step 6是为启动Linux内核和传递参数做准备的，把vivi的私有信息，内核启动参数，mtd分区信息等都放到特定的内存区域，等待后面两个重要工作使用（在step 8完成，后面的step 7也是为step 8服务的）。这48K区域分为三个组成部分：MTD参数、vivi parameter、Linux启动命令。每块的具体内容框架一致，以vivi param tlb这个情景为主线进行分析：

 

入口：

 

init_priv_data();

 

进入【lib/priv_data/rw.c】--init_priv_data()

 

int
init_priv_data(void)
{
    int ret_def;
#ifdef CONFIG_PARSE_PRIV_DATA
    int ret_saved;
#endif
    ret_def = get_default_priv_data();
#ifdef CONFIG_PARSE_PRIV_DATA
    ret_saved = load_saved_priv_data();
    if (ret_def && ret_saved) {
        printk("Could not found vivi parameters.\n");
        return -1;
    } else if (ret_saved && !ret_def) {
        printk("Could not found stored vivi parameters.");
        printk(" Use default vivi parameters.\n");
    } else {
        printk("Found saved vivi parameters.\n");
    }
#else
    if (ret_def) {
        printk("Could not found vivi parameters\n");
        return -1;
    } else {
        printk("Found default vivi parameters\n");
    }
#endif
    return 0;


 

    下面分为两步：首先读取默认设置到特定的内存区域，然后读取nand flash的param区域的信息，如果读取成功，就覆盖掉前面的默认设置。首先看第一步，get_default_priv_data-- get_default_param_tlb-->

 

int get_default_param_tlb(void)
{
    char *src = (char *)&default_vivi_parameters;
    char *dst = (char *)(VIVI_PRIV_RAM_BASE + PARAMETER_TLB_OFFSET);
    int num = default_nb_params;

    if (src == NULL) return -1;

    /*printk("number of vivi parameters = %d\n", num); */
    *(nb_params) = num;

    //参数表的长度不可以超过预设内存的大小

    if ((sizeof(vivi_parameter_t)*num) > PARAMETER_TLB_SIZE) {
        printk("Error: too large partition table\n");
        return -1;
    }


    //首先复制magic number
    memcpy(dst, vivi_param_magic, 8);

    //预留下8个字节作为扩展
    dst += 16;

    //复制真正的parameter
    memcpy(dst, src, (sizeof(vivi_parameter_t)*num));
    return 0;
}

 

    内存的入口地址为VIVI_PRIV_RAM_BASE+PARAMETER_TLB_OFFSET，开始的8个字节放magic number，这里vivi定义为“VIVIPARA”，后面空下8个字节，留作扩展，从第17个字节开始放置真正的param。这里用到了多处技巧，第一处就是上面刚刚介绍过的数据结构构造技巧，这里的vivi_parameter_t就是一级数据结构：

 

typedef struct parameter {
    char name[MAX_PARAM_NAME];
    param_value_t value;
    void (*update_func)(param_value_t value);
} vivi_parameter_t;    

 

    利用其构造了默认的成员表：

 

vivi_parameter_t default_vivi_parameters[] = {
    { "mach_type",            MACH_TYPE,    NULL },
    { "media_type",            MT_S3C2410,    NULL },
    { "boot_mem_base",        0x30000000,    NULL },
    { "baudrate",            UART_BAUD_RATE,    NULL },
    { "xmodem_one_nak",        0,        NULL },
    { "xmodem_initial_timeout",    300000,        NULL },
    { "xmodem_timeout",        1000000,    NULL },
    { "ymodem_initial_timeout",    1500000,    NULL },
    { "boot_delay",            0x1000000,    NULL }
};

 

    我们这时就可以很清楚的看到param show列出的配置参数了。

 

    另外一个技巧就是利用宏计算数组长度。

 

int default_nb_params = ARRAY_SIZE(default_vivi_parameters);

 

    其中ARRAY_SIZE为：

 

#define ARRAY_SIZE(x) (sizeof(x) / sizeof((x)[0]))

 

    这是从Linux kernel中拿来的，也是值得学习和利用的地方。

 

    在load阶段内无非就是找到param分区，然后根据配置，找到相应的flash硬件驱动（这就是MTD层的作用所在，不过可以看出nand chip的databuf确实没有起到作用，现在也未看出这部分究竟用在何处）。然后就是读操作。当然，读取出来的信息先放到临时缓冲区，判断头部的 magic number，如果符合则说明是正确的分区信息，然后把信息从临时缓冲区复制到对应的默认配置区，这样就完成了真正的配置。

 

    其实这个地方可以改进。首先看看param分区是否有合适的分区信息，如果有，直接读取到vivi parameter区域，不需要再读取默认的配置信息；如果没有合适的分区信息，然后读取默认的配置信息。这样在用户修正了分区信息时，不必再读取默认的配置信息，这也算是一处优化。

 

step 7：

 

    调用add_command()函数，增加vivi作为终端时命令的相应处理函数。其实，这种机制还是比较简单的，就是利用了链表。

 

    整个命令处理机制及其初始化的实现是在【lib/command.c】中完成的，包括添加命令、查找命令、执行命令、解析命令行等等。具体的命令函数则在相应的模块里面，这样形成了一个2层的软件架构：顶部管理层+底部执行层。维护的核心就是一个数据结构user_command：

 

typedef struct user_command {
    const char *name;
    void (*cmdfunc)(int argc, const char **);
    struct user_command *next_cmd;
    const char *helpstr;
} user_command_t;

 

    第一个成员是指向name字符串的指针，第二个成员就是命令的处理函数，第三个成员是指向下一个命令，第四个成员是帮助信息。如果你想添加一个命令，那么首先需要构造一个数据结构user_command的实例，比如：

 

user_command_t help_cmd = {
    "help",
    command_help,
    NULL,
    "help [{cmds}] \t\t\t-- Help about help?"
};

 

    然后实现命令的真正处理函数command_help。

 

void command_help(int argc, const char **argv)
{
    user_command_t *curr;

    /* help . invoke with 'help' as an argument */
    if (argc == 2) {
        if (strncmp(argv[1], "help", strlen(argv[1])) == 0) {
            printk("Are you kidding?\n");
            return;
        }
        argv[0] = argv[1];
        argv[1] = "help";
        execcmd(argc, argv);
        return;
    }

    printk("Usage:\n");
    curr = head_cmd;
    while(curr != NULL) {
        printk(" %s\n", curr->helpstr);
        curr = curr->next_cmd;
    }
}


 

    构造好之后，需要把它加入链表，也就是在init_builtin_cmds中增加add_command(&help_cmd);，其中add_command的实现如下：

 

void add_command(user_command_t *cmd)
{
    if (head_cmd == NULL) {
        head_cmd = tail_cmd = cmd;
    } else {
        tail_cmd->next_cmd = cmd;
        tail_cmd = cmd;
    }
    /*printk("Registered '%s' command\n", cmd->name);*/
}

 

    这样，自己如果增加新的程序，就按照如上的步骤添加即可。

 

    其余具体命令的实现暂时不做解释。

 

step 8：

 

    根据情况，要么进入vivi的命令行交互界面，要么直接启动内核。关于此部分的流程分析，有了前面的基础和经验，是不难理解的。很容易通过vivi的打印信息得知进行到了第几步，《s3c2410完全开发》在过程上讲解的也很清楚。所以不打算具体分析了。现在翻阅网上资料，有一个问题实际上模模糊糊，如下：

 

    vivi作为bootloader的一个重要的功能就是向Linux kernel传递启动参数，这个情景究竟是如何完成的呢？虽然网上讨论很多，但是因为vivi具有一点特殊性，所以使得理解上有一定的困难。现在已经比较清晰了，算是回答网友的一个问题，也算是总结，就bootloader如何于kernel传递参数，作为一个情景进行详尽的分析。事先需要说明的是，我们假定vivi为A，Linux kernel为B，A要传给B东西，这就是一个通信的过程。要想通信，至少我们得有一个约定，那就是协议。现在存在的协议有两种，一种是基于struct param_struct，不过这种因为其局限性即将作废；一种是基于tags技术。基本的情景框架就是A必须按照协议设置好参数，B呢，就需要来读取解析这些参数。它们之间必须配合好，如果配合不好，那么，kernel是无法引导成功的。现在嵌入式系统的移植，很多时候kernel引导不起来，部分原因就直接来自于参数传递问题。但是设计到这个问题，不能不分析Linux kernel的引导过程。现在还不想细致到代码层，只是根据部分代码把Linux kernel启动至获取引导参数的过程从整体上了解清楚，必要的时候辅助相应的代码。这部分内容的详细分析，专门在下篇总结中完成。

 

---

 

学习总结：

 

    学习一种技术，采用历史的观点是很好的方法。我们现在学习的技术并非最新的理论研究，所以有大量前人的工作经验可以借鉴。站在巨人的肩上，不做无谓的工作，是好的学习方法。我现在的学习观点就是事先要分析阅读前人的相关经验，包括经典书籍、网上资料、网友的经验等等，然后呢，需要对这些知识理解消化，深入，深入再深入，形成自己的认识，转化成自己的经验。正像网友所说，这些都是现成的技术，只要静下心来肯学，就一定能够学好。

 

    另外，一定要多思考，多动手，多给自己提出问题。没有问题说明你根本就没有深入，有问题才能在解决的过程中提升自己！学习首先从整体上把握流程，然后呢，需要具体的细节。只看整体，不看细节，容易“眼高手低”；只看细节，不看整体，容易“只见树木，不见森林”，提高不到一定的层次。

 

    这些都是学习过程中的经验总结。欢迎交流！