学习目标：
1、分析u-boot-1.1.6环境变量，了解环境变量初始化、设置以及过程
2、为后面能够掌握u-boot-1.1.6如何启动内核过程打下基础
1、环境变量的概念
在分析uboot环境变量的源码实现之前，先介绍一下环境变量的概念。u-boot通过环境变量为用户提供一定程度的可配置性，在不改变源码、不重新编译的情况下，可以通过设置环境变量的值来改变uboot的一些设置，如bootdelay时间，内核启动命令参数等。可配置性意味着环境变量是可以添加、删除和修改的，也就是说环境变量的内容可能会频繁变化，为了不让这种变化对u-boot的代码和数据造成破坏，通常的选择是在FLASH中预留一个专门用来存储环境变量的块。开发者在串口终端输入setenv命令可以设置环境量值，设置完成后使用saveenv命令将setenv命令设置好的环境变量保存在非易失存储器中。如下图所示，使用uboot时， 在串口终端输入printenv命令便能够打印uboot中的环境变量值。
2、环境变量的数据结构
#define ENV_SIZE (CFG_ENV_SIZE - ENV_HEADER_SIZE) typedef struct environment_s { unsigned long crc; /* CRC32 over data bytes */ #ifdef CFG_REDUNDAND_ENVIRONMENT unsigned char flags; /* active/obsolete flags */ #endif unsigned char data[ENV_SIZE]; /* Environment data */ } env_t;
crc变量保存上一次环境变量数据写入flash时做crc运算的结果，当重新从flash中读取环境变量值时，代码会对读取数据进行crc校验，并将新的校验的值与上次保存的值进行比较，如果两次crc校验值相同，表示存放在flash中的环境变量正常，否则，表示存放环境变量数据损坏。
数组data[ENV_SIZE]保存环境变量的值，环境变量名已经环境变量值以字符形式存放在内存中
3、环境变量的初始化
int env_init(void) { /* 未定义CONFIG_OMAP2420H4，此处代码不被编译 */ #ifdef CONFIG_OMAP2420H4 int flash_probe(void); if(flash_probe() == 0) goto bad_flash; #endif /* env_t *env_ptr = (env_t *)CFG_ENV_ADDR， 此处执行吗?，如果此处执行 */ /* 先进入nor flash读取环境变量，通过CRC检测读取环境变量是否正确 */ if (crc32(0, env_ptr->data, ENV_SIZE) == env_ptr->crc) { gd->env_addr = (ulong)&(env_ptr->data); gd->env_valid = 1; return(0); } /* 未定义CONFIG_OMAP2420H4，此处代码不被编译 */ #ifdef CONFIG_OMAP2420H4 bad_flash: #endif /* CRC校验后读取环境变量不正确，此处执行，使用默认环境变量 */ gd->env_addr = (ulong)&default_environment[0]; gd->env_valid = 0; return (0); }
int env_inti(void)函数在uboot代码第二阶段入口函数start_armboot开始处被调用。首先，env_init函数从存放环境变量的flash内存地址中读取环境变量的值，并且对读出的环境变量数据进行crc校验，将新校验的crc值与写入环境变量时的crc校验值进行比较。如果两个值相等，将读取数据的地址赋值给gd指针执行的全局数据结构中的env_addr成员，并将env_valid标志位置位。如果读取环境变量校验值和写入时的校验值不同，存储在flash中的环境变量值损坏，将默认环境变量值赋给gd指针执行的全局数据结构中的env_addr成员。
env_ptr指针指向环境变量存放初始地址，env_t *env_ptr = (env_t *)CFG_ENV_ADDR。CFG_ENV_ADDR是一个宏，代表环境变量在flash中存放的地址，由于我配置uboot时目标板是smdk2410,所以该宏存放在include/configs/smdk2410.h头文件中。默认环境变量值如下所示：
uchar default_environment[] = { #ifdef CONFIG_BOOTARGS "bootargs=" CONFIG_BOOTARGS "\0" #endif #ifdef CONFIG_BOOTCOMMAND "bootcmd=" CONFIG_BOOTCOMMAND "\0" #endif #ifdef CONFIG_RAMBOOTCOMMAND "ramboot=" CONFIG_RAMBOOTCOMMAND "\0" #endif #ifdef CONFIG_NFSBOOTCOMMAND "nfsboot=" CONFIG_NFSBOOTCOMMAND "\0" #endif #if defined(CONFIG_BOOTDELAY) && (CONFIG_BOOTDELAY >= 0) "bootdelay=" MK_STR(CONFIG_BOOTDELAY) "\0" #endif #if defined(CONFIG_BAUDRATE) && (CONFIG_BAUDRATE >= 0) "baudrate=" MK_STR(CONFIG_BAUDRATE) "\0" #endif #ifdef CONFIG_LOADS_ECHO "loads_echo=" MK_STR(CONFIG_LOADS_ECHO) "\0" #endif #ifdef CONFIG_ETHADDR "ethaddr=" MK_STR(CONFIG_ETHADDR) "\0" #endif #ifdef CONFIG_ETH1ADDR "eth1addr=" MK_STR(CONFIG_ETH1ADDR) "\0" #endif #ifdef CONFIG_ETH2ADDR "eth2addr=" MK_STR(CONFIG_ETH2ADDR) "\0" #endif #ifdef CONFIG_ETH3ADDR "eth3addr=" MK_STR(CONFIG_ETH3ADDR) "\0" #endif #ifdef CONFIG_IPADDR "ipaddr=" MK_STR(CONFIG_IPADDR) "\0" #endif #ifdef CONFIG_SERVERIP "serverip=" MK_STR(CONFIG_SERVERIP) "\0" #endif #ifdef CFG_AUTOLOAD "autoload=" CFG_AUTOLOAD "\0" #endif #ifdef CONFIG_PREBOOT "preboot=" CONFIG_PREBOOT "\0" #endif #ifdef CONFIG_ROOTPATH "rootpath=" MK_STR(CONFIG_ROOTPATH) "\0" #endif #ifdef CONFIG_GATEWAYIP "gatewayip=" MK_STR(CONFIG_GATEWAYIP) "\0" #endif #ifdef CONFIG_NETMASK "netmask=" MK_STR(CONFIG_NETMASK) "\0" #endif #ifdef CONFIG_HOSTNAME "hostname=" MK_STR(CONFIG_HOSTNAME) "\0" #endif #ifdef CONFIG_BOOTFILE "bootfile=" MK_STR(CONFIG_BOOTFILE) "\0" #endif #ifdef CONFIG_LOADADDR "loadaddr=" MK_STR(CONFIG_LOADADDR) "\0" #endif #ifdef CONFIG_CLOCKS_IN_MHZ "clocks_in_mhz=1\0" #endif #if defined(CONFIG_PCI_BOOTDELAY) && (CONFIG_PCI_BOOTDELAY > 0) "pcidelay=" MK_STR(CONFIG_PCI_BOOTDELAY) "\0" #endif #ifdef CONFIG_EXTRA_ENV_SETTINGS CONFIG_EXTRA_ENV_SETTINGS #endif "\0" };
4、环境变量的重定位
env_inti函数在初始化时对环境变量保存位置进行识别，并将环境变量存放的初始地址赋值给了全局数据结构gt_t成员env_addr。读取存放在flash中的环境变量数据，进行crc校验后有效，便使用flash中的环境变量，否则使用默认环境变量。我们知道flash操作速度内存慢（若环境变量存放在nand flash中，进行读取时还需要相应的指令），对flash中环境变量进行直接读写不仅会影响uboot性能，而且多次擦除还会影响flash的使用寿命，因此，需要将flash中的环境变量进行重定位操作。
void env_relocate (void) { DEBUGF ("%s[%d] offset = 0x%lx\n", __FUNCTION__,__LINE__, gd->reloc_off); /* 未定义CONFIG_AMIGAONEG3SE宏，此处不被编译 */ #ifdef CONFIG_AMIGAONEG3SE enable_nvram(); #endif /* 未定义ENV_IS_EMBEDDED宏，此处不被编译 */ #ifdef ENV_IS_EMBEDDED /* * The environment buffer is embedded with the text segment, * just relocate the environment pointer */ env_ptr = (env_t *)((ulong)env_ptr + gd->reloc_off); DEBUGF ("%s[%d] embedded ENV at %p\n", __FUNCTION__,__LINE__,env_ptr); /* ifdef语句为假，此处被编译 */ #else /* * We must allocate a buffer for the environment */ /* 在malloc区，为环境变量分配存储空间 */ env_ptr = (env_t *)malloc (CFG_ENV_SIZE); DEBUGF ("%s[%d] malloced ENV at %p\n", __FUNCTION__,__LINE__,env_ptr); #endif /* * After relocation to RAM, we can always use the "memory" functions */ env_get_char = env_get_char_memory; if (gd->env_valid == 0) { #if defined(CONFIG_GTH) || defined(CFG_ENV_IS_NOWHERE) /* Environment not changable */ puts ("Using default environment\n\n"); #else puts ("*** Warning - bad CRC, using default environment\n\n"); SHOW_BOOT_PROGRESS (-1); #endif if (sizeof(default_environment) > ENV_SIZE) { puts ("*** Error - default environment is too large\n\n"); return; } memset (env_ptr, 0, sizeof(env_t)); memcpy (env_ptr->data, default_environment, sizeof(default_environment)); #ifdef CFG_REDUNDAND_ENVIRONMENT env_ptr->flags = 0xFF; #endif env_crc_update (); gd->env_valid = 1; } else { env_relocate_spec (); } gd->env_addr = (ulong)&(env_ptr->data); /* 未定义CONFIG_AMIGAONEG3SE宏，此处代码不被编译 */ #ifdef CONFIG_AMIGAONEG3SE disable_nvram(); #endif }
void env_relocate (void)函数功能是对flash中环境变量的数据进行重定位，首先在uboot自定义的堆区为环境变量分配相应的内存空间，env_ptr指针指向这块内存的初始地址，然后根据gd->env_valid值执行不同的操作（gd->env_valid在env_init函数中设置）。gd->env_valid=0代表flash中环境变量无效，使用默认环境变量，将env_ptr指针指向的内存地址清零，再将存放默认环境变量default_environment数组内容拷贝到env_ptr指针指向的内存空间中；gd->env_valid=1时flash中存放环境变量有效，调用env_relocate_spec ()函数，将flash中存放的环境变量数据复制到env_ptr指针指向的内存空间。最后，将环境变量中的数据在重定位内存中的地址赋给gd->env_addr。
5、读取环境变量
前面介绍过在串口终端输入printenv，执行回车后，打印环境变量值。执行printenv命令其实底层调用的是do_printenv函数，这个函数源码如下：
int do_printenv (cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char *argv[]) { int i, j, k, nxt; int rcode = 0; if (argc == 1) { /* 打印所有的环境变量 */ for (i=0; env_get_char(i) != '\0'; i=nxt+1) { for (nxt=i; env_get_char(nxt) != '\0'; ++nxt) ; for (k=i; k<nxt; ++k) putc(env_get_char(k)); putc ('\n'); if (ctrlc()) { puts ("\n ** Abort\n"); return 1; } } printf("\nEnvironment size: %d/%d bytes\n", i, ENV_SIZE); return 0; } /* 遍历输入的参数，分别打印其环境变量值 */ for (i=1; i<argc; ++i) { /* print single env variables */ char *name = argv[i]; k = -1; for (j=0; env_get_char(j) != '\0'; j=nxt+1) { for (nxt=j; env_get_char(nxt) != '\0'; ++nxt) /* uchar (*env_get_char)(int) = env_get_char_init,env_get_char_init函数获取相对环境变量内存起始地址偏移nxt长度字符 */ ; k = envmatch((uchar *)name, j); /* 检测输入参数名和内存中环境变量参数名是否匹配 */ if (k < 0) { continue; } puts (name); putc ('='); while (k < nxt) putc(env_get_char(k++)); putc ('\n'); break; } if (k < 0) { printf ("## Error: \"%s\" not defined\n", name); rcode ++; } } return rcode; }
1、当argc==1时（例如执行printenv命令,argc=1），打印uboot所有的环境变量
2、当argc>1时（例如执行printenv bootcmd baudrate命令,argc=3），打印环境变量bootcmd、baudrate
6、设置环境变量
同读取环境变量一样，执行setenv命令其实底层调用的是_do_setenv函数，这个函数源码如下：
int do_setenv (cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char *argv[]) { if (argc < 2) {
printf ("Usage:\n%s\n", cmdtp->usage);
return 1;
}
return _do_setenv (flag, argc, argv); } int _do_setenv (int flag, int argc, char *argv[]) { int i, len, oldval; int console = -1; uchar *env, *nxt = NULL; char *name; bd_t *bd = gd->bd;
/* env_data获取环境变量的数据部分在内存的初始地址 */ uchar *env_data = env_get_addr(0); if (!env_data) /* need copy in RAM */ return 1; name = argv[1];
/* 检测输入的第二个参数为'='，打印相关错误信息 */ if (strchr(name, '=')) { printf ("## Error: illegal character '=' in variable name \"%s\"\n", name); return 1; }
/* 遍历内存中的环境变量数据数组，检测配置环境变量名是否存在 */ oldval = -1; for (env=env_data; *env; env=nxt+1) { for (nxt=env; *nxt; ++nxt) ; if ((oldval = envmatch((uchar *)name, env-env_data)) >= 0) break; } /* * Delete any existing definition */ if (oldval >= 0) { #ifndef CONFIG_ENV_OVERWRITE
/* 网卡地址和串口号是固定的，如果设置是网卡地址和串口号，打印"Can't overwrite \"%s\"\n", name，代码返回 */ if ( (strcmp (name, "serial#") == 0) || ((strcmp (name, "ethaddr") == 0) #if defined(CONFIG_OVERWRITE_ETHADDR_ONCE) && defined(CONFIG_ETHADDR) && (strcmp ((char *)env_get_addr(oldval),MK_STR(CONFIG_ETHADDR)) != 0) #endif /* CONFIG_OVERWRITE_ETHADDR_ONCE && CONFIG_ETHADDR */ ) ) { printf ("Can't overwrite \"%s\"\n", name); return 1; } #endif /* Check for console redirection */ if (strcmp(name,"stdin") == 0) { console = stdin; } else if (strcmp(name,"stdout") == 0) { console = stdout; } else if (strcmp(name,"stderr") == 0) { console = stderr; } if (console != -1) { if (argc < 3) { /* Cannot delete it! */ printf("Can't delete \"%s\"\n", name); return 1; } /* Try assigning specified device */ if (console_assign (console, argv[2]) < 0) return 1; #ifdef CONFIG_SERIAL_MULTI if (serial_assign (argv[2]) < 0) return 1; #endif } /* 如果是参数=波特率，重新设置相应波特率值 */ if (strcmp(argv[1],"baudrate") == 0) { int baudrate = simple_strtoul(argv[2], NULL, 10); int i;
/* 检测输入波特率值是否合法，如果不合法，打印错误，返回函数 */ for (i=0; i<N_BAUDRATES; ++i) { if (baudrate == baudrate_table[i]) break; } if (i == N_BAUDRATES) { printf ("## Baudrate %d bps not supported\n", baudrate); return 1; } printf ("## Switch baudrate to %d bps and press ENTER ...\n", baudrate); udelay(50000); gd->baudrate = baudrate; #ifdef CONFIG_PPC gd->bd->bi_baudrate = baudrate; #endif serial_setbrg (); udelay(50000); for (;;) { if (getc() == '\r') break; } } if (*++nxt == '\0') { if (env > env_data) { env--; } else { *env = '\0'; } } else { for (;;) { *env = *nxt++; if ((*env == '\0') && (*nxt == '\0')) break; ++env; } } *++env = '\0'; } #ifdef CONFIG_NET_MULTI if (strncmp(name, "eth", 3) == 0) { char *end; int num = simple_strtoul(name+3, &end, 10); if (strcmp(end, "addr") == 0) { eth_set_enetaddr(num, argv[2]); } } #endif /* Delete only ? */ if ((argc < 3) || argv[2] == NULL) { env_crc_update (); return 0; } /* * Append new definition at the end */ for (env=env_data; *env || *(env+1); ++env) ; if (env > env_data) ++env; /* * Overflow when: * "name" + "=" + "val" +"\0\0" > ENV_SIZE - (env-env_data) */ len = strlen(name) + 2; /* add '=' for first arg, ' ' for all others */ for (i=2; i<argc; ++i) { len += strlen(argv[i]) + 1; } if (len > (&env_data[ENV_SIZE]-env)) { printf ("## Error: environment overflow, \"%s\" deleted\n", name); return 1; } while ((*env = *name++) != '\0') env++; for (i=2; i<argc; ++i) { char *val = argv[i]; *env = (i==2) ? '=' : ' '; while ((*++env = *val++) != '\0') /* 将设置的新的参数写入到重定位的环境变量数据中 */ ; } /* end is marked with double '\0' */ *++env = '\0'; /* Update CRC */ env_crc_update (); /* 如果设置环境变量是ethaddr、ipaddr、loadaddr、bootfile、vga_fg_color 根据新的环境值，立即更新相应全局变量、更新底层硬件 */ if (strcmp(argv[1],"ethaddr") == 0) { char *s = argv[2]; /* always use only one arg */ char *e; for (i=0; i<6; ++i) { bd->bi_enetaddr[i] = s ? simple_strtoul(s, &e, 16) : 0; if (s) s = (*e) ? e+1 : e; } #ifdef CONFIG_NET_MULTI eth_set_enetaddr(0, argv[2]); #endif return 0; } if (strcmp(argv[1],"ipaddr") == 0) { char *s = argv[2]; /* always use only one arg */ char *e; unsigned long addr; bd->bi_ip_addr = 0; for (addr=0, i=0; i<4; ++i) { ulong val = s ? simple_strtoul(s, &e, 10) : 0; addr <<= 8; addr |= (val & 0xFF); if (s) s = (*e) ? e+1 : e; } bd->bi_ip_addr = htonl(addr); return 0; } if (strcmp(argv[1],"loadaddr") == 0) { load_addr = simple_strtoul(argv[2], NULL, 16); return 0; } #if (CONFIG_COMMANDS & CFG_CMD_NET) if (strcmp(argv[1],"bootfile") == 0) { copy_filename (BootFile, argv[2], sizeof(BootFile)); return 0; } #endif /* CFG_CMD_NET */ #ifdef CONFIG_AMIGAONEG3SE if (strcmp(argv[1], "vga_fg_color") == 0 || strcmp(argv[1], "vga_bg_color") == 0 ) { extern void video_set_color(unsigned char attr); extern unsigned char video_get_attr(void); video_set_color(video_get_attr()); return 0; } #endif /* CONFIG_AMIGAONEG3SE */ return 0; }
7、保存设置的环境变量
串口输入setenv命令，系统是将新的环境变量保存到重定位的内存中，我们知道内存在系统掉电后数据丢失，如果想要将设置的环境变量永久保存，还是要将新的环境变量写入到存储环境变量的flash地址中。执行saveenv命令就是将分配内存中的环境变量保存到flash中，执行saveenv命令其实底层调用的是do_printenv函数，这个函数源码如下：
int do_saveenv (cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char *argv[]) { extern char * env_name_spec; printf ("Saving Environment to %s...\n", env_name_spec); return (saveenv() ? 1 : 0); }
/* 由于saveenv函数过长，下面删去不被包含的宏内的代码 */ int saveenv(void) { int len, rc; ulong end_addr; ulong flash_sect_addr; uchar *env_buffer = (uchar *)env_ptr; int rcode = 0;
/* static env_t *flash_addr = (env_t *)CFG_ENV_ADDR; */ flash_sect_addr = (ulong)flash_addr; /* flash_sect_addr 保持环境变量在flash中起始地址 */ len = CFG_ENV_SIZE; end_addr = flash_sect_addr + 0x20000 - 1; debug ("Protect off %08lX ... %08lX\n", (ulong)flash_sect_addr, end_addr); if (flash_sect_protect (0, flash_sect_addr, end_addr)) return 1; puts ("Erasing Flash..."); if (flash_sect_erase (flash_sect_addr, end_addr)) return 1; puts ("Writing to Flash... "); rc = flash_write((char *)env_buffer, flash_sect_addr, len); if (rc != 0) { flash_perror (rc); rcode = 1; } else { puts ("done\n"); } /* try to re-protect */ (void) flash_sect_protect (1, flash_sect_addr, end_addr); return rcode; }
1、env_buffer指针存放环境变量在内存中的初始位置
2、写入flash之前应该擦除想要写入的扇区，调用flash_sect_erase函数擦除环境变量所做flash的扇区
3、再调用flash_write，写入新的环境变量