AM335x U-boot d代码分析过程1

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:

  1. reset:  
  2.     bl  save_boot_params /*lowlevel_init.S (arch\arm\cpu\armv7\omap-common)*/  
  3.     /*  
  4.      * disable interrupts (FIQ and IRQ), also set the cpu to SVC32 mode,  
  5.      * except if in HYP mode already  
  6.      */  
  7.     mrs r0, cpsr  
  8.     and r1, r0, #0x1f       @ mask mode bits  
  9.     teq r1, #0x1a       @ test for HYP mode  
  10.     bicne   r0, r0, #0x1f       @ clear all mode bits  
  11.     orrne   r0, r0, #0x13       @ set SVC mode  
  12.     orr r0, r0, #0xc0       @ disable FIQ and IRQ  
  13.     msr cpsr,r0  
  14.   
  15. /*  
  16.  * Setup vector:  
  17.  * (OMAP4 spl TEXT_BASE is not 32 byte aligned.  
  18.  * Continue to use ROM code vector only in OMAP4 spl)  
  19.  */  
  20. #if !(defined(CONFIG_OMAP44XX) && defined(CONFIG_SPL_BUILD))  
  21.     /* Set V=0 in CP15 SCTRL register - for VBAR to point to vector */  
  22.     mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0   @ Read CP15 SCTRL Register  
  23.     bic r0, #CR_V       @ V = 0  
  24.     mcr p15, 0, r0, c1, c0, 0   @ Write CP15 SCTRL Register  
  25.   
  26.     /* Set vector address in CP15 VBAR register */  
  27.     ldr r0, =_start  
  28.     mcr p15, 0, r0, c12, c0, 0  @Set VBAR  
  29. #endif  
  30.   
  31.     /* the mask ROM code should have PLL and others stable */  
  32. #ifndef CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT/*this branch will only work in SPL*/  
  33.     bl  cpu_init_cp15 /*wlg: find out in this file, we do not explain in detial*/  
  34.     bl  cpu_init_crit /*wlg: find out in this file, please jump*/  
  35. #endif  
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

  1. ENTRY(save_boot_params)  
  2.     ldr r1, =OMAP_SRAM_SCRATCH_BOOT_PARAMS  
  3.     str r0, [r1]  
  4.     bx  lr  
  5. ENDPROC(save_boot_params)  
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:


  1. #ifndef CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT  
  2. /*************************************************************************  
  3.  *  
  4.  * CPU_init_critical registers  
  5.  *  
  6.  * setup important registers  
  7.  * setup memory timing  
  8.  *  
  9.  *************************************************************************/  
  10. ENTRY(cpu_init_crit)  
  11.     /*  
  12.      * Jump to board specific initialization…  
  13.      * The Mask ROM will have already initialized  
  14.      * basic memory. Go here to bump up clock rate and handle  
  15.      * wake up conditions.  
  16.      */  
  17.     b   lowlevel_init       @ go setup pll,mux,memory/*wlg: jump to /arch/arm/cpu/armv7/lowlevel_init.s*/  
  18. ENDPROC(cpu_init_crit)  
  19. #endif  
#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:

  1. ENTRY(lowlevel_init)  
  2.     /*  
  3.      * Setup a temporary stack  wlg: we set a temp stack in SRAM for building  
  4.                                 a enveriment for C program  */  
  5.     ldr sp, =CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR    /*wlg: this is a temp stack built in SRAM  
  6.     bic sp, sp, #7 /* 8-byte alignment for ABI compliance */  
  7. #ifdef CONFIG_SPL_BUILD  
  8.     ldr r9, =gdata  /*wlg: we set a temp gdata(global_data) in SRAM(.data section), and  */  
  9. #else                   /*wlg: r9 is point to that region in SRAM on chip ///////SPL*/  
  10.     sub sp, sp, #GD_SIZE  
  11.     bic sp, sp, #7  /*wlg: cause uboot will define skip_lowlevel_init, so this branch will*/  
  12.     mov r9, sp          /*wlg: not active, even on stage of uboot!////////////uboot*/  
  13. #endif  
  14.     /*  
  15.      * Save the old lr(passed in ip) and the current lr to stack  
  16.      */  
  17.     push    {ip, lr}    /*wlg: save the address return*/  
  18.   
  19.   
  20.     /*  
  21.      * go setup pll, mux, memory  
  22.      */  
  23.     bl  s_init          /*wlg: jump to arch/arm/cpu/armv7/am335x/board.c- s_init()*/  
  24.     pop {ip, pc}    /*wlg: to make SDRAM initialition, then make a return to _reset*/  
  25. ENDPROC(lowlevel_init)  
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:

  1. void s_init(void)  
  2. {  
  3.     /* 
  4.      * The ROM will only have set up sufficient pinmux to allow for the 
  5.      * first 4KiB NOR to be read, we must finish doing what we know of 
  6.      * the NOR mux in this space in order to continue. 
  7.      */  
  8. #ifdef CONFIG_NOR_BOOT  
  9.     enable_norboot_pin_mux();  
  10. #endif  
  11.     /* 
  12.      * Save the boot parameters passed from romcode. 
  13.      * We cannot delay the saving further than this, 
  14.      * to prevent overwrites. 
  15.      */  
  16. #ifdef CONFIG_SPL_BUILD  
  17.     save_omap_boot_params();//wlg:  should record the boot parament now, arch/arm/cpu/armv7/Omap-common/Boot-common.c  
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


  1. void save_omap_boot_params(void)  
  2. {  
  3.     u32 rom_params = *((u32 *)OMAP_SRAM_SCRATCH_BOOT_PARAMS);//wlg: look in TRM P4954  
  4.     u8 boot_device;//wlg:   
  5.     u32 dev_desc, dev_data;  
  6.   
  7.     if ((rom_params <  NON_SECURE_SRAM_START) ||  
  8.         (rom_params > NON_SECURE_SRAM_END))  
  9.         return;  
  10.   
  11.     /* 
  12.      * rom_params can be type casted to omap_boot_parameters and 
  13.      * used. But it not correct to assume that romcode structure 
  14.      * encoding would be same as u-boot. So use the defined offsets. 
  15.      */  
  16.     gd->arch.omap_boot_params.omap_bootdevice = boot_device =  
  17.                    *((u8 *)(rom_params + BOOT_DEVICE_OFFSET));//wlg: P4954, offset = 0x8,  
  18.                     //wlg: it point to Current Booting Device!the parament will be use to copy uboot  
  19.     gd->arch.omap_boot_params.ch_flags =  
  20.                 *((u8 *)(rom_params + CH_FLAGS_OFFSET));  
  21.   
  22.     if ((boot_device >= MMC_BOOT_DEVICES_START) &&//wlg: boot device list from 0-6,XIP,MMC0,MMC1 and so on  
  23.         (boot_device <= MMC_BOOT_DEVICES_END)) {  
  24. #if !defined(CONFIG_AM33XX) && !defined(CONFIG_TI81XX) && \//wlg: skip this   
  25.     !defined(CONFIG_AM43XX)  
  26.         if ((omap_hw_init_context() ==  
  27.                       OMAP_INIT_CONTEXT_UBOOT_AFTER_SPL)) {  
  28.             gd->arch.omap_boot_params.omap_bootmode =  
  29.             *((u8 *)(rom_params + BOOT_MODE_OFFSET));  
  30.         } else  
  31. #endif  
  32.         {  
  33.             dev_desc = *((u32 *)(rom_params + DEV_DESC_PTR_OFFSET));//wlg: point to memory device descriptor  
  34.             dev_data = *((u32 *)(dev_desc + DEV_DATA_PTR_OFFSET));  
  35.             gd->arch.omap_boot_params.omap_bootmode =  
  36.                     *((u32 *)(dev_data + BOOT_MODE_OFFSET));//wlg: record the boot mode into global_data(temp)  
  37.         }  
  38.     }  
  39.   
  40. #ifdef CONFIG_DRA7XX  
  41.     /* 
  42.      * We get different values for QSPI_1 and QSPI_4 being used, but 
  43.      * don’t actually care about this difference.  Rather than 
  44.      * mangle the later code, if we’re coming in as QSPI_4 just 
  45.      * change to the QSPI_1 value. 
  46.      */  
  47.     if (gd->arch.omap_boot_params.omap_bootdevice == 11)  
  48.         gd->arch.omap_boot_params.omap_bootdevice = BOOT_DEVICE_SPI;  
  49. #endif//wlg: return to s_init()   
  50. }  
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-&gt;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-&gt;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-&gt;arch.omap_boot_params.omap_bootdevice == 11)
    gd-&gt;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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