题外话:

经过一段时间的学习,对u-boot-2014.10有了初步的了解,趁着还记着,赶紧写下来,同时将之前还模棱两可的部分用图表的方式加强一下。

源码分析

汇编部分

之前一直看的是ARM9的u-boot,AM335X系列为代表的ARMv7系列处理器为了使得加载方式尽可能的灵活,就将原来的u-boot分解成了两个部分:SPL和u-boot,而实际上在重启后,到SPL被执行之间,还有一段片上ROM内的代码被运行。该ROM内的代码根据启动时的配置引脚的配置,自动生成一个加载优先列表,比如说首先加载MMC1,在考虑MMC0,最后再考虑uart等等。比如说用户正确的将SPL(SPL加上一个包头变成MLO)和u-boot放置到SD中后,那么ROM就会在启动:1.按照加载列表的boot优先级逐个尝试,2.判断是MMC1上拥有有效设备(比如说SD卡已经插入)后,继续判断MMC上挂的是SD卡还是MMC内存,3. 查看格式 4. 加载SPL(MLO)到片内的SRAM, 5.cpu将pc指到SRAM,SPL正式开始运行。

下面开始分析,SPL是如何工作的,首先是程序的入口,在arch/arm/cpu/armv7/start.S中的程序的入口,reset,下面开始分析,源码如下:

reset:
	bl	save_boot_params /*lowlevel_init.S (arch\arm\cpu\armv7\omap-common)*/
	/*
	 * disable interrupts (FIQ and IRQ), also set the cpu to SVC32 mode,
	 * except if in HYP mode already
	 */
	mrs	r0, cpsr
	and	r1, r0, #0x1f		@ mask mode bits
	teq	r1, #0x1a		@ test for HYP mode
	bicne	r0, r0, #0x1f		@ clear all mode bits
	orrne	r0, r0, #0x13		@ set SVC mode
	orr	r0, r0, #0xc0		@ disable FIQ and IRQ
	msr	cpsr,r0

/*
 * Setup vector:
 * (OMAP4 spl TEXT_BASE is not 32 byte aligned.
 * Continue to use ROM code vector only in OMAP4 spl)
 */
#if !(defined(CONFIG_OMAP44XX) && defined(CONFIG_SPL_BUILD))
	/* Set V=0 in CP15 SCTRL register - for VBAR to point to vector */
	mrc	p15, 0, r0, c1, c0, 0	@ Read CP15 SCTRL Register
	bic	r0, #CR_V		@ V = 0
	mcr	p15, 0, r0, c1, c0, 0	@ Write CP15 SCTRL Register

	/* Set vector address in CP15 VBAR register */
	ldr	r0, =_start
	mcr	p15, 0, r0, c12, c0, 0	@Set VBAR
#endif

	/* the mask ROM code should have PLL and others stable */
#ifndef CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT/*this branch will only work in SPL*/
	bl	cpu_init_cp15 /*wlg: find out in this file, we do not explain in detial*/
	bl	cpu_init_crit /*wlg: find out in this file, please jump*/
#endif

    可以看到reset进去后,1. 首先需要执行save_boot_paras,它的入口就在lowlevel_init.S (arch\arm\cpu\armv7\omap-common)中,它的具体形式如下

ENTRY(save_boot_params)
	ldr	r1, =OMAP_SRAM_SCRATCH_BOOT_PARAMS
	str	r0, [r1]
	bx	lr
ENDPROC(save_boot_params)
    可以看到,这里要做的工作实际上就是将r0里的数据复制到OMAP_SRAM_SCRATCH_BOOT_PARAMS这个位置,这个我会在第二篇中详细介绍。执行完了以后又跳回到start.S,继续往下看

    2.下面的代码请结合相应的书册,其原始注释已经写得很清楚了,一路往下走,来到了#ifndef CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT,这个东西我们简单的介绍下,像这种大的开源工程,其包含了很多的宏开关,相当于用户实际需需要什么,定义什么,就会有相应的驱动代码与之匹配。就像此处,实际上u-boot和SPL是共享start.S的,而实际上他们执行的东西是不一样的,如何让编译器正确的理解用户实际想要包含的代码段,一方面靠的是宏做条件编译,另一方面靠的是makefile,后者就更加复杂了;在这里我们分析的就是SPL程序,所以我们会在相应的文件中定义CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT这个宏,那么这段代码实际上就被包含在了SPL程序中;继续往下看:

    3. 跳到cpu_init_cp15,这段代码就在本文中,不再展开

    4.执行bl cpu_init_crit ,这个程序的入口就在本文档中,以下展开讨论:


#ifndef CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT
/*************************************************************************
 *
 * CPU_init_critical registers
 *
 * setup important registers
 * setup memory timing
 *
 *************************************************************************/
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/*wlg: jump to /arch/arm/cpu/armv7/lowlevel_init.s*/
ENDPROC(cpu_init_crit)
#endif

    首先还是宏打头,表示条件编译,在SPL程序中,下面的代码段实际被包含!看注释,已经大致了解它的作用,整个代码段只有一句,直接转跳到下一个程序的入口,在/arch/arm/cpu/armv7/lowlevel_init.s中定义了lowlevel_init。注意到,之前转跳都是用的bl,表示会返回,但是这里却用的是b?我个人的理解是bl没法子应对二次转跳,也就是说在lowlevel_init中还会做更复杂的转跳,甚至开始进入C函数中,那么bl我觉得是无力的。那么这里到底需不需要返回呢?

    答案是需要的,但是会利用stack进行返回指针保存,利用push和pop来实现。 拿下一个问题就是,我们还没有初始化sp呢,你就敢乱用push?嘿嘿,我们继续往下看:

ENTRY(lowlevel_init)
	/*
	 * Setup a temporary stack 	wlg: we set a temp stack in SRAM for building
	 							a enveriment for C program	*/
	ldr	sp, =CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR	/*wlg: this is a temp stack built in SRAM
	bic	sp, sp, #7 /* 8-byte alignment for ABI compliance */
#ifdef CONFIG_SPL_BUILD
	ldr	r9, =gdata	/*wlg: we set a temp gdata(global_data) in SRAM(.data section), and  */
#else					/*wlg: r9 is point to that region in SRAM on chip ///SPL*/
	sub	sp, sp, #GD_SIZE
	bic	sp, sp, #7	/*wlg: cause uboot will define skip_lowlevel_init, so this branch will*/
	mov	r9, sp			/*wlg: not active, even on stage of uboot!uboot*/
#endif
	/*
	 * Save the old lr(passed in ip) and the current lr to stack
	 */
	push	{ip, lr}	/*wlg: save the address return*/


	/*
	 * go setup pll, mux, memory
	 */
	bl	s_init			/*wlg: jump to arch/arm/cpu/armv7/am335x/board.c- s_init()*/
	pop	{ip, pc} 	/*wlg: to make SDRAM initialition, then make a return to _reset*/
ENDPROC(lowlevel_init)

    1. 一开始就把sp指向了SRAM的高位CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR(因为低位拿来保存text程序了,高位用来保存数据bss,stack等等)

    2.做了对齐,下面又是一个条件编译,这里我们仍然执行的是ldr r9, =gdata;这个我们要好好分析一下,去寻找gdata的定义,会发现在某个c文件中定义了一个全局变量,即global_data的结构体数据,那么在实际运行的时候,gdata是在SRAM中的。所以这里仅需知道,用户将sp和r9都指向了SRAM中某处。大家都知道sp是专门拿来做堆栈的,那么r9在这里有什么用处呢?我们简单的介绍下,这里的r9,和后面会出面的gd是同一个东西,也就是说,当用用需要修改或读取gdata里的元素的数据时,直接可以使用gd.a,gd.b即可,因为r9实际指向了gdata,而gd实际上就是r9的一个别名(宏定义);

    3.再往下push {ip, lr},就是之前所说的用stack的方式保存lr(返回指针),所以我们在前面给sp赋值;同时,给sp赋值也相当于是为进入C语言函数做准备

    4. bl s_init,再次作了转跳,这是一个重点的部分,函数定义在arch/arm/cpu/armv7/am335x/board.c- s_init()

C语言

    实际上在之前已经完成了sp的初始化,我们可以开始调用C语言函数了。同时,我们需要看到在文档board.c的最下方
          #define DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR register volatile gd_t *gd asm ("r9")
    这实际上就是说,以后用户调用gd的地方,实际上就是用了r9里的数作为指针,而经过上面的分析,r9实际上指向了gdata,用户定义的一个global_data的结构体。一句话说就是,gd不是一个野指针,而是实际上指向了gdata;以后不在展开讨论;
    继续往下看,首先是一个条件编译,这部分我觉得是跳过的,也就是说没有被编译进来,继续往下看
    进入了save_omap_boot_params()函数,该函数在arch/arm/cpu/armv7/Omap-common/Boot-common.c中定义;我们之前提及过boot参数,之前一直没有保存,就是因为当时才启动,没有合适的保存boot参数的区域(gd指针还没有实际指向有效的数据区域)。当用户完成所有的准备工作后,那么boot参数的保存就必须要开始了:

void s_init(void)
{
	/*
	 * The ROM will only have set up sufficient pinmux to allow for the
	 * first 4KiB NOR to be read, we must finish doing what we know of
	 * the NOR mux in this space in order to continue.
	 */
#ifdef CONFIG_NOR_BOOT
	enable_norboot_pin_mux();
#endif
	/*
	 * Save the boot parameters passed from romcode.
	 * We cannot delay the saving further than this,
	 * to prevent overwrites.
	 */
#ifdef CONFIG_SPL_BUILD
	save_omap_boot_params();//wlg:  should record the boot parament now, arch/arm/cpu/armv7/Omap-common/Boot-common.c


void save_omap_boot_params(void)
{
	u32 rom_params = *((u32 *)OMAP_SRAM_SCRATCH_BOOT_PARAMS);//wlg: look in TRM P4954
	u8 boot_device;//wlg: 
	u32 dev_desc, dev_data;

	if ((rom_params <  NON_SECURE_SRAM_START) ||
	    (rom_params > NON_SECURE_SRAM_END))
		return;

	/*
	 * rom_params can be type casted to omap_boot_parameters and
	 * used. But it not correct to assume that romcode structure
	 * encoding would be same as u-boot. So use the defined offsets.
	 */
	gd->arch.omap_boot_params.omap_bootdevice = boot_device =
				   *((u8 *)(rom_params + BOOT_DEVICE_OFFSET));//wlg: P4954, offset = 0x8,
					//wlg: it point to Current Booting Device!the parament will be use to copy uboot
	gd->arch.omap_boot_params.ch_flags =
				*((u8 *)(rom_params + CH_FLAGS_OFFSET));

	if ((boot_device >= MMC_BOOT_DEVICES_START) &&//wlg: boot device list from 0-6,XIP,MMC0,MMC1 and so on
	    (boot_device <= MMC_BOOT_DEVICES_END)) {
#if !defined(CONFIG_AM33XX) && !defined(CONFIG_TI81XX) && \//wlg: skip this 
	!defined(CONFIG_AM43XX)
		if ((omap_hw_init_context() ==
				      OMAP_INIT_CONTEXT_UBOOT_AFTER_SPL)) {
			gd->arch.omap_boot_params.omap_bootmode =
			*((u8 *)(rom_params + BOOT_MODE_OFFSET));
		} else
#endif
		{
			dev_desc = *((u32 *)(rom_params + DEV_DESC_PTR_OFFSET));//wlg: point to memory device descriptor
			dev_data = *((u32 *)(dev_desc + DEV_DATA_PTR_OFFSET));
			gd->arch.omap_boot_params.omap_bootmode =
					*((u32 *)(dev_data + BOOT_MODE_OFFSET));//wlg: record the boot mode into global_data(temp)
		}
	}

#ifdef CONFIG_DRA7XX
	/*
	 * We get different values for QSPI_1 and QSPI_4 being used, but
	 * don't actually care about this difference.  Rather than
	 * mangle the later code, if we're coming in as QSPI_4 just
	 * change to the QSPI_1 value.
	 */
	if (gd->arch.omap_boot_params.omap_bootdevice == 11)
		gd->arch.omap_boot_params.omap_bootdevice = BOOT_DEVICE_SPI;
#endif//wlg: return to s_init() 
}

    boot参数请查看TRM P4954,也就是技术文档的4954页,里面记录了参数保存的顺序以及名称,将其用指针(rom_params)取出后一次放入到gd所指向的gdata中,一般有:

    1.boot原因

    2.SPL文件来源等等

    这些参数在后期启动uboot都有作用,这里不展开先,过几天在续写一下!2017.01.22夜

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