BL1和BL2--解密cortex-A8的启动流程

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按照三星《S5PV210_UM_REV1.1》手册上说明的启动流程为：S5PV210上电将从IROM（interal ROM）处执行固化的启动代码，它对时钟等初始化、对启动设备进行判断，并从启动设备中复制BL1（最大16KB）到IRAM（0xd002_0000处，其中0xd002_0010之前的16个字节储存的BL1的校验信息和BL1尺寸）中，并对BL1进行校验，校验OK转入BL1进行执行；

首先解释一下我认为的BL0、BL1、BL2：

(1)BL0：是指S5PV210的IROM中固化的启动代码；
(2)BL1：是指在IRAM自动从外扩存储器（nand /sd/usb）中拷贝的uboot.bin二进制文件的头最大16K代码；

(3)BL2：是指在代码重定向后在内存中执行的的UBOOT的完整代码；

(4)三者之间关系是：（Interal ROM固话代码）BL0将BL1(bootloader的前16kB)加载到iRAM；BL1然后在iRAM中运行将BL2(其实整个bootloader)加载到SDRAM（DDR）；BL2加载内核；BL就是bootloader的简写；

刚开始的搞210时，我们编译的代码都必须通过一个工具xxx210.xxx(如mktiny210.exe)，这个是为什么呢，它的作用就是在我们生成的bin文件前面加上16个字节， 下面就说说前16字节的内容是什么：

 

S5PV210的iRAM的地址范围0xD002_0000~0xD003_FFFF，而上电后我们的iROM执行完固化的代码，并将boot设备中的代码拷贝到iRAM中，并跳转到0xD002_0010处执行，问题就在0xD002_0000~0xD002_0010这16字节数据该填写什么？

 

16字节头部信息，排列格式如下：

_____________________________

|0x0地址：BL1 size |

|0x4地址：必须设置为0 (是规定)|

|0x8地址：CheckSum |

|0xc地址：必须设置为0 (是规定)|

但是为什么要加上16字节呢，其实理解为了ECC校验用的就行了；

上面16字节的内容不是乱加的哦，下面给出uboot中参考代码，可以用的：

 

#include 
#include 
#include 
#define SEEK_SET           0 /* 文件开头的标记 */
#define SEEK_CUR    1 /* 当前位置的标记 */
#define SEEK_END    2 /* 文件末尾的标记 */
#define BUFSIZE                 (24*1024)
#define IMG_SIZE                (24*1024)
#define SPL_HEADER_SIZE         16
#define SPL_HEADER              "S5PC110 HEADER  "
int main (int argc, char *argv[])
{
FILE        *fp;    /* 定义一个文件指针 */
char        *Buf, *a;
int     BufLen;
int     nbytes, fileLen;
unsigned int    checksum, count;
int     i;
if (argc != 3) /* 如果参数个数错误，打印帮助信息，只能有两个参数*/
{
/* 应用工具时,格式必须是 ./mktiny210spl.exe old.bin new.bin */
printf("Usage: mkbl1  \n");
return -1;
}//这一点大家要注意，main函数其实也是可以接收参数的，argc就表示了参数的个数，
//argv就是参数的内容；
BufLen = BUFSIZE;
Buf = (char *)malloc(BufLen); /* 动态分配一段24k的内存空间 */
if (!Buf) /* 分配失败，将返回0 */
{
printf("Alloc buffer failed!\n");
return -1;
}
memset(Buf, 0x00, BufLen); /* 将上面分配的空间清零 */
fp = fopen(argv[1], "rb"); /* 以读二进制的方式打开没有头部信号的old.bin文件 */
if( fp == NULL)
{
printf("source file open error\n");
free(Buf); /* 如果打开失败，释放掉原来分配的内存，否则会造成内存泄漏 */
return -1;
}
fseek(fp, 0L, SEEK_END); /* 让文件位置指针指向文件末尾，便于下行的统计大小的操作 */
fileLen = ftell(fp); /* 用于得到文件位置指针当前位置相对于文件首的偏移字节数,即文件大小*/
fseek(fp, 0L, SEEK_SET); /* 让文件位置指针指向文件开始 */
/* 如果old.bin文件的大小小于规定的最大大小，则count等于该文件的大小，否则等于最大大小 */
count = (fileLen < (IMG_SIZE - SPL_HEADER_SIZE))
? fileLen : (IMG_SIZE - SPL_HEADER_SIZE);
memcpy(&Buf[0], SPL_HEADER, SPL_HEADER_SIZE); /* 拷贝16字节的数据到Buf中，即初始化头部信息的位置 */
nbytes = fread(Buf + SPL_HEADER_SIZE, 1, count, fp); /* 将编译生成的old.bin文件拷贝到buf中，紧接着头部信息开始拷贝 */
if ( nbytes != count ) /* 返回值等于拷贝的元素的个数 */
{
printf("source file read error\n"); /* 如果个数和实际的不相等，则失败 */
free(Buf); /* 释放内存 */
fclose(fp); /* 关闭文件 */
return -1;
}
fclose(fp); /* 关闭文件 */
/* 以下三行，用于动态生成checksum，公式见上面的尝试一 */
a = Buf + SPL_HEADER_SIZE;
for(i = 0, checksum = 0; i < IMG_SIZE - SPL_HEADER_SIZE; i++)
checksum += (0x000000FF) & *a++;
/* 将checksum写入buf的第三个字节处，即该是checksum的位置处 */
a = Buf + 8;
*( (unsigned int *)a ) = checksum;
fp = fopen(argv[2], "wb"); /* 以二进制写的方式创建一个新的二进制文件 */
if (fp == NULL)
{
printf("destination file open error\n");
free(Buf); /* 释放内存 */
return -1;
}
a = Buf; /* 指向内存的首地址 */
nbytes  = fwrite( a, 1, BufLen, fp); /* 把buf中的数据写入新创建的bin文件 */
if ( nbytes != BufLen ) /* 返回值等于写入的元素的个数 */
{
printf("destination file write error\n");
free(Buf); /* 释放内存 */
fclose(fp);/* 关闭文件 */
return -1;
}
free(Buf); /* 释放内存 */
fclose(fp);/* 关闭文件 */
return 0;
}

 

这个代码怎么用呢，在vc或者gcc，甚至Tc中编译，生成一个xxx.exe文件，我生成的是stepmk210.exe，然后按照下面的格式编译bin文件，生成的新bin文件就是我们要用的；

 

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二、启动流程分析

按照三星《S5PV210_UM_REV1.1》手册上说明的启动流程，S5PV210上电将从IROM处执行固化的启动代码，对时钟等初始化、对启动设备进行判断，并从启动设备中复制BL1（最大16KB）到IRAM（0xd002_0000处，其中0xd002_0010之前的16个字节储存的BL1的校验信息和BL1尺寸）中，并对BL1进行校验，校验OK转入BL1进行执行；BL1继续初始化，并将BL2复制到IRAM中并对其校验，OK后转入BL2；BL2则要进行比较复杂的初始化，包括DRAM的初始化，完成后将OS代码复制到DRAM中，并转入到OS中执行并完成启动引导。

但是，上述的IRAM只有96K大小，对于日益复杂的uboot来说，肯定是不够的，所以使用UBOOT启动引导的时候，也没全按三星手册上说的执行，具体如下： 

首先解释一下我认为的BL0、BL1、BL2：

BL0：是指S5PV210的IROM中固化的启动代码；

BL1：是指在IRAM中执行的UBOOT的部分代码；

BL2：是指在内存中执行的的UBOOT的完整代码；

此版本的UBOOT，其实会编译两个UBOOT.bin，即最终生成的tiny210-uboot.bin包括两部分，前段是spl（重用u-boot中既有的驱动,来生成更小的secondaryprogramloader）文件夹内的tiny210-spl.bin，后段是用于在RAM中执行的完整UBOOT代码。所以学习UBOOT代码是也要两个部分来看。

1、第一步与三星手册上一致，执行IROM内固化的代码，即BL0，BL0会将存储于启动设备的UBOOT代码的前16KB：tiny210-spl.bin复制到IRAM。（tiny210-spl.bin设置为24KB了，但实际绝不会超过16KB，后面全填充的0，所以拷不完也OK。这里是liukun321为了统一MMC与NAND启动而作的修改，也许改成16K就应该OK了，应为IROM里的代码最多拷贝16K进IRAM嘛，一会改改试试。所以呢实际上执行BL1就是执行tiny210-spl.bin。在UBOOT的代码中并不会看到tiny210-spl.bin和完整的UBOOT代码分开两套文件进行编写，都在同样的文件中，只是通过宏定义来控制执行流程，SPL文件夹内由自己的Makefile文件。

2、第一步入口程序是/arch/arm/cpu/armv7/start.S中的_start，设置异常向量地址（地址由ARM 架构决定，不能改变），执行reset，进入SVC32模式，并调用cpu_init_crit对ARM的CP15寄存器进行设置，如清空TLB，关闭MMU等，进入/board/samsung/tiny210/lowlevel_init.S中的lowlevel_init中，进行低级初始化，主要是对时钟、内存、串口、nand等进行初始化，为下一步的代码拷贝做准备。

3、从lowlevel_init出来之后执行call_board_init_f，通过读取OMR_OFFSET寄存器的值，对启动设备进行判断，看看是从mmc启动还是nand启动，判断好后跳入mmc_boot.c或nand_cp.c中，将UBOOT代码拷贝到内存中，地址为_TEXT_BASE:在tiny210.h中定义为0x23e0_0000，换成别的地方也可以,比如3000_0000（注：在跳转到内存中执行之前，所有的语句都是基于PC寻址的，也就是说和代码具体存放的地址没有关系，进行跳转的时候都会计算出跳转目标相对与PC的位置，在跳转过去。）。这里有一个很大的问题，稍后讨论。拷贝完成后直接冲0x23e0_0000出开始执行。那么执行的是什么呢，那先看看拷贝的是什么吧！

a.nand启动

在/arch/arm/cpu/armv7/s5pc1xx/nand_cp.c中，第105行：

for(i = (0x6000>>page_shift); i < (size>>page_shift);i++, buf+=(1<

nandll_read_page(buf,i, large_block);

}

指定了拷贝的起始page是nand起始24K之后的第一个PAGE，偏移0x6000的位置，该地址上存储的是完整的UBOOT在RAM中执行的完整启动代码；

b.mmc启动

在/arch/arm/cpu/armv7/s5pc1xx/mmc_boot.c中，第49行：

#defineMOVI_BL2_POS ((eFUSE_SIZE / MOVI_BLKSIZE) +MOVI_BL1_BLKCNT + MOVI_ENV_BLKCNT)

经计算MOVI_BL2_POS位于第24.5K的位置，也即第49个block，偏移0x6200的位置，该地址上存储的同样是UBOOT在RAM中执行的完整启动代码；

注：针对第一点提出的将24K偏移改成16K，经过验证：改成16KB并不可行，其实这里不仅仅是BL1的容量的问题，UBOOT_SPL.BIN实际上只有4K不到，所以对于nand启动来说4KB就足够了，但是对于MMC启动来说却不行，因为SD卡的布局并不一样，它在BL1与BL2之间还插入了16KB的ENV区，所以只能是24K，而对NAND的ENV区在BL2之后了。

所以，无论是MMC启动还是NAND启动，将代码copy到DRAM中并跳转之后，执行的是DRAM中的_start入口函数，重新执行一遍UBOOT，但是一些宏定义已经发生变化，如CONFIG_SPL_BUILD被取消定义，相应的代码也不会执行。

4、因为第一编执行UBOOT的时候ARM的状态都已经初始化OK了，包括时钟，内存等，第二遍执行时只是跳转到内存中执行了，所以这里判断是否在DRAM中执行，如果在内存中执行，则可以直接跳到call_board_init_f去进行班级初始化。当然，源码并不是这样执行的，而是重新执行RESET、LOWLEVEL_INIT等函数，但我验证过，可以不用执行。有兴趣的同志也可以验证一下。

5 、进入board_init_f以后将：

a、对gd_t数据结构(include/asm/global_data.h中定义)进行初始化，并填入相关数据，如内存大小、UBOOT镜像长度等；

b、对打印CPU信息、UBOOT版本信息等，并对串口、console进一步初始化，输出nand信息，对内存大小进行计算，并打印出来。

 

c、为UBOOT的重定向设置物理地址，重定向后UBOOT可使用的end地址为0x3fff_0000,

UBOOT镜像起始地址为0x3ff8_5000。

打印调试信息：

TLBtable at: 3fff0000

Topof RAM usable for U-Boot at: 3fff0000

Reserving424k for U-Boot at: 3ff85000

Reserving928k for malloc() at: 3fe9d000

Reserving24 Bytes for Board Info at: 3fe9cfe8

Reserving120 Bytes for Global Data at: 3fe9cf70

NewStack Pointer is: 3fe9cf60

第一个疑问：

第201行：

/*Pointer is writable since we allocated a register for it */

gd= (gd_t *) ((CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR) & ~0x07);

打印CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR的值为0x20ff_ff80，为啥gd_t数据结构会在这个位置，之后好像没有看到重定向gd数据结构的代码！

6、完成board_init_f中的处理后，转入start.S中的relocate_code函数进行代码搬运及重定向。搬运完成之后，清空BSS后转入board.c中的board_init_r函数执行。

第二个疑问：

这里重定向的意义是什么？以前S3C6410或S3C2410的UBOOT中对代码进行重定向是将代码从FLASH或nand或MMC中复制到内存中，但是这里之前的代码已经将UBOOT从nand或mmc复制到了DRAM中，而且目前也是运行在DRAM中。那么为什么在之前的代码中不直接将UBOOT复制到0x3ff8_5000，就可以省去relocate_code步骤？我尝试将CONFIG_SYS_TEXT_BASEdefine为0x3ff8_5000过之后，UBOOT可以启动，但所有的CMD都丢失了，比如：Unknowncommand 'printenv' - try 'help'？目前也没搞明白哪里出问题了！

7、在board_init_r中，会清空malloc()区的内存，对nand、MMC等进行初始化，执行env_relocate()对环境变量进行初始化（第6步中的问题不知道是不是由于这个函数没有处理好引起的，研究了半天也没发现问题），如果将环境变量保存在NAND中，则会将其读入到内存中来。如果出现什么问题的话，就使用默认的环境变量代替。此步还会对网络、中断等进行初始化。全部初始化完成之后则跳入/common/main.c中的main_loop()中执行，等待用户命令或自动加载内核。

 

三、总结

本文对S5PV210平台UBOOT的启动流程做了分析，并对一些有疑问的地方做了验证，比如哪一块代码会执行两遍，哪一块代码第二编制行的时候可以省去等。

验证的方法一般就是电灯或者判断代码执行的位置等。另外，调试过程需要多次的进行烧写，如果每次都敲命令进行烧写的华会很费时间的，所以最好是在/common/main.c中写一个自己的的菜单，并且将烧写任务设为一个命令就行了，这样会轻松一些。

本文到这里也只是初步了解了一下UBOOT的启动流程，很多具体的代码还有很多不明白的地方，比如nand、mmc、网卡的驱动啥的，慢慢在具体分析吧。还有，上面的两个问题，尤其是第二个问题，知道的同志吱一声，讨论讨论哈！