U-BOOT之stage2

AT91SAM9260

ARM926EJ-S

U-BOOT

Stage2

一．start_armboot

流程如下，

（1）    为各参量分配空间

（2）    依次调用函数指针数组init_sequence中定义的函数，如果中途出错，则hang()进入死循环

（3）    如果是从nor flash启动，则对nor flash进行初始化

（4）    如果定义了VFD或者LCD，为其分配空间

（5）    初始化分配的堆空间（长为CFG_MEM_LEN）

（6）    如果配置了NAND flash，则对该flash进行初始化，如果定义了DATA flash，同样对data flash进行初始化（NAND flash部分在u-boot之NAND flash中说明）

（7）    对环境变量进行重定位（env_relocate）

（8）    如果定义了网卡，则对ipaddr和MAC进行配置

（9）     单板外设需要reset 则调用 board_ext_reset

（10）设备初始化（devices_init）

（11）初始化跳转表（jumptable_init）

（12）控制台后期初始化（console_init_r）

（13）如果定义了后期初始化，则调用单板后期初始化（board_late_init）

（14）进入主循环，等待命令输入（main_loop（））

 

具体的一些函数，

（1）    init_sequence

(a)    cpu_init

对于AT91SAM9260,没有使用中断机制，所以直接返回

(b)   board_init

板级初始化，包括锁相环PLLB的初始化，板级时钟的初始化，一些口线的配置，如果配置了SPI,则进行SPI的配置(这里的SPI主要是用于LCD的显示，如果使用framebuffer不需要)，如果配置PWM_BEEP，则进行BEEP的配置.时钟相关如下，

（1）慢时钟：用于驱动RTC和其他掉电保留部分，一般频率为32.768KHZ。此外，也可以用来提供CPU时钟和总线时钟

（2）主时钟：为锁相环PLLA和PLLB提供输入时钟

（3）锁相环PLLA输出时钟：可以用来提供CPU时钟和总线时钟

（4）锁相环PLLB输出时钟：可以用来提供USB主机端(48MHZ)和设备端控制器时钟，也可以用来提供CPU时钟和总线时钟

（5）CPU时钟：驱动处理器的CPU核心

（6）总线时钟：驱动处理器总线上的设备

(c)    interrupt_init

由于不使用中断，这里只是初始化计数器

(d)   env_init

对于配置了CFG_ENV_IS_EMBEDED,则将环境变量重新赋值，如果定义该宏，表明环境变量定义在某内存区域（可能是定义了一个变量），否则使用缺省的环境变量，即

gd->env_addr  = (ulong)&default_environment[0];

gd->env_valid = 1;

先将环境变量的设置如下，一些函数都是通过取环境变量进行相关操作的，环境变量例如，

Baudrate=115200

Usbtty=cdc_acm

Serialport=4

…

默认的环境变量后还定义了CONFIG_EXTRA_ENV_SETTINGS

#define CONFIG_EXTRA_ENV_SETTINGS "autostart=yes/0"/

        "usbtty=cdc_acm/0"/

        "serialport=4/0"/

        "usbbootdelay=-1/0"/

        "silent=1/0"

这里也与serial_init能初始化成功有关（在未进行重定位之前，使用的均是默认的环境变量）

(e)    init_baudrate

通过读取环境变量baudrate，设置波特率，填充进gd中

(f)   serial_init

读取环境变量”serialport”（读取的是缺省的环境变量）,根据读到的串口号配置相应的串口，如上图的配置表中serialPort=4，配置的就是AT91_URTT4(口线)，接着配置串口相关寄存器，包括CR,MR,IMR,BRGR等

一般都是先口线配置，在相关寄存器配置

CR 重启发送器和接收器，使能发送接收

MR 模式寄存器 正常模式，8bit,无校验，1位停止位

IMR 掩码为全F

BRGR

这里设置的MR为不等于ISO7816的模式，所以波特率设置如下，

US_BRGR = AT91F_MASTER_CLOCK()/(baudrate * 16)

（这里的时钟分频CD为1）

(g)    console_init_f

控制台前期初始化，填写gd->have_console=1，设置成支持控制台操作，

如果配置了silent_config，读取环境变量silent，然后对gd->flags进行配置

(h)    dram_init

简单的填充

gd->bd->bi_dram[0].start=PHY_SDRAM

gd->bd->bi_dram[0].size = AT91F_SDRAM_SIZE();

（2）    env_relocate

在env_init中使用的是缺省的环境变量，只有env_relocate后才使用flash中的环境变量。

（3）    devices_init

创建设备链表devlist,根据配置选择相应的init

基本Dev配置LCD,usbtty，serial，null

涉及到的函数包括

Drv_lcd_init

Drv_usbtty_init （在u-boot之usbtty中说明）

Drv_system_init 初始化serial和null这两个Dev，添加到devlist中

（4）    console_init_r

对于console的后期初始化，就是将控制台的标准输入输出设备定位为serial

（5）    board_late_init

对于板级的后期初始化，如果配置了usbtty，就是将控制台的标准输入输出重定向成usbtty设备

（6）    main_loop

这里设计的灵活性较大，等待命令输入，做下载更新操作，做一些权限验证等等

对于等待命令输入操作，

  len = readline (CFG_PROMPT);

  if (len > 0)

         strcpy (lastcommand, console_buffer);

…

run_command (lastcommand, flag);

 

二．Stage2中的一些细节

1．空间分配

           

2．环境变量

基本引导参数

RO 根分区在刚启动时只读，如果没有改参数，则根文件系统可写

Quiet 表明启动时不显示Linux内核提示的信息

对于非易失性存储方式，环境变量支持两个独立存储区域的交替使用，以避免修改环境变量时掉电引起所有环境变量非法。

在没有进行环境变量重定位，就可以读取环境变量了，此时环境变量所处的位置是（与global_data有关）默认的环境变量（将env_addr设置为默认的环境变量指针,如果没有定义ENV_IS_EMBEDDED则使用的是默认的环境变量，否则需要自己设置）。具体见env_init（这里要看是从什么flash中启动）

Global_data中，

       unsigned long have_console; /* 控制台初始化是否完成*/

       unsigned long reloc_off;       /* 重定位偏移*/

       unsigned long env_addr;       /* 环境变量（或临时缓冲区）地址*/

       unsigned long env_valid;      /* 环境变量有效标志 */

控制台的flag决定是否输出，在Globaa_data中flag标志包括，

flags标志包括下面位：

1、GD_FLG_RELOC：代码被重定位到RAM中

2、GD_FLG_DEVINIT：控制台设备已经被初始化

3、GD_FLG_SILENT：控制台不输出

 

3． Devlist

       （1）注册设备

在devices_init中，调用devlist=ListCreate(sizeof(device_t))创建设备链表，

              然后添加了四个设备，包括LCD,serial，null，usbtty

       对于设备使用前无需初始化的（调用device_t.start方法）设备，填充device_t的以下结构就可以实现注册了。

              包括name,putc,puts,getc,tstc,ext,flags（标示设备是否支持输入输出出错）

最后调用device_register将设备添加到devlist链表中
       在board_late_init，如果配置了usbtty，需要通过usbtty提供console输出时，会对控制台进行重定向

console_assign(stdin,”usbtty”）

console_assign (stdout,”usbtty”)

这里设置标准输入输出设备均为USBTTY

Stdin,stdout,stderr 分别为0,1,2

（2）方法调用

当调用puts,putc,tstc,getc时，会根据此时设定的stdin,stdout来进行重定向输入输出函数。这种方法类似于面向对象中的多态。

例如，调用putc(const char c)时，会调用fputc(stdout,c),而fputc(stdout,c)则通过stdio_devices找到当前设定的标准输出设备，然后调用该设备的putc方法。

      

4． U_BOOT_CMD

              U_BOOT_CMD的实现使得u-boot中更方便的添加命令

       通过U_BOOT_CMD定义一个命令之后，实现其对应的操作，就可以通过

S=Getenv(“XXX”)和Run_command(s,0)，调用相应的方法。

              随意找一个定义的U_BOOT_CMD为例，

U_BOOT_CMD(

       eeprom, 6,    1,    do_eeprom,

       "eeprom  - EEPROM sub-system/n",

       "read  devaddr addr off cnt/n"

       "eeprom write devaddr addr off cnt/n"

       "       - read/write `cnt' bytes from `devaddr` EEPROM at offset `off'/n"

);

其中U_BOOT_CMD为一个宏，定义如下，

#define U_BOOT_CMD(name,maxargs,rep,cmd,usage,help) /

cmd_tbl_t __u_boot_cmd_##name Struct_Section = {#name, maxargs, rep, cmd, usage, help}

这里cmd_tbl_t为一个cmd结构，不细说

##为宏中去掉空格，并且如果后面不跟参数，主动去除‘，’

#name使得参数为‘name’

struct_section为，

#define Struct_Section  __attribute__ ((unused,section (".u_boot_cmd")))

       就是将定义的u_boot_cmd放入section叫“.u_boot_cmd”的段中

 

       具体的通过run_command找到对应方法的机制比较简单，就是通过名字得到对应的cmd_tbl_t结构的指针，然后通过

      -----à(cmdtp->cmd)(cmdtp,flag,argc,argv)

           调用对应的方法操作

 

5． Tag

前面讲到main_loop，如果不进入u-boot的命令行模式，则直接引导系统，通过命令bootm实现，调用的是do_bootm

这里用bootm是因为bootm处理的带64字节头的image，boot处理的是不带64字节头的image

解析完image_head_t之后，如果是Linux kernel则会调用do_boom_linux引导系统，对于不使用initrd的，建立taglist之后，就跳转到kernel image处开始运行。

具体的在代码中

       //theKernel指向内核入口地址为 hdr->ih_ep

       //调用theKernel就是从hdr->ih_ep开始运行

theKernel = (void (*)(int, int, uint))ntohl(hdr->ih_ep);

最后会调用

              //调用内核，寄存器R0=0,R1=机器类型，R2=参数块地址

              theKernel (0, bd->bi_arch_number, bd->bi_boot_params);

       kernel读取taglist也是从这个bd->bi_boot_params中读取，因为在分配tag的时候是从这个地址开始分配的。前面的存储结构图中也提到这个内容。

       下面看具体的Tag代码，

根据配置选择tag,不过总流程就是

       Setup_start_tag(bd)

       Setup_serial_tag

       Setup_memory_tags

       …

       Setup_end_tag

在setup_start_tag中，params=(struct tag *)bd->bi_boot_params,

Struct tag结构包括一个tag_header hdr和一个union,该union中包括各种不同的具体tag_XXX。

struct tag_header {

       u32 size;

       u32 tag;

};

Tag_header用于标示这个tag内容和大小，具体的union中的东东可以看代码，不重复了

通过这种方式就建立起taglist（其实不算list，只是很多连续的结构体）

在kernel中解读这些结构体得到所需引导参量

看tag这部分代码的时候，也有个问题，一般来说对于未分配的内存空间对其进行操作是不好的（将这些空间的原有数据覆盖），而tag代码中，定义了params指针后，就开始顺序通过指针的操作，对以它其实的内存进行赋值，从而完成taglist，不过对于引导而言，需要将具体的参量保存在一个起始位置开始的连续内存区域，这样操作也可以。

下面是tag 的琐碎东东 可以跳过

tag_size >> 2

      左移相当于/4,由于均为U32格式的变量，所以计算偏移个数时，需要/4

      主要原因还是tag_next，是以U32的指针做偏移的，就是指针的++操作，对应的是移动4字节的指针位置

 

      Cmdline +1 +4

之所以+1是因为strlen 后的 ‘/0’

+4是为了保证移动U32指针时，数据不会被覆盖（指针操作）

例如，

Strlen(cmdline)=5;

（4+4+1+5）/4=3 而实际上数据被覆盖了，这是由于/4操作导致的，

如果+4的话就能保证数据的完整（指针+1）

（4+4+1+5+4）/4 =4 分配8个字节存放6字节的数据

 

6．

#define DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR     register volatile gd_t *gd asm ("r8")

// 申明gd_t的指针，放在寄存器R8中

__asm__ __volatile__("": : :"memory");

/*------------------------------------------------------------------------------*/

/*?memory描述符告知GCC：

1）不要将该段内嵌汇编指令与前面的指令重新排序；

也就是在执行内嵌汇编代码之前，它前面的指令都执行完毕

2）不要将变量缓存到寄存器，因为这段代码可能会用到内存变量，而这些内存变量会以不可预知的方式发生改变，因此GCC插入必要的代码先将缓存到寄存器的变量值写回内存，如果后面又访问这些变量，需要重新访问内存。

如果汇编指令修改了内存，但是GCC 本身却察觉不到，因为在输出部分没有描述，此时就需要在修改描述部分增加"memory"，告诉GCC 内存已经被修改，GCC 得知这个信息后，就会在这段指令之前，插入必要的指令将前面因为优化Cache 到寄存器中的变量值先写回内存，如果以后又要使用这些变量再重新读取。

使用"volatile"也可以达到这个目的，但是我们在每个变量前增加该关键字，不如使用"memory"方便

/*------------------------------------------------------------------------------*/