e500启动分析

参考：e500核上电启动及uboot流程

P1010rdb新单板u-boot移植过程总结

启动条件

关于e500的启动，我们需要仔细阅读RM手册第四章，仔细确认reset的每一个部分。

系统上电到执行第一条指令前，需要经过配置PLL、Local Bus控制器、LAW、MMU等操作，这些配置完全是由Cpu根据芯片的默认值和芯片外部配置引脚的输入状态自动完成的。如：

Cpu根据cfg_sys_pll[0:2]的输入状态决定当前CPU的BBC对SYS_CLK的倍频参数；
Cpu根据cfg_ddr_pll[0:2] 的输入状态决定DDR的时钟频率（DDR2和DDR3不同）；
Cpu根据cfg_core0_pll[0:2]/cfg_core1_pll[0:2]的输入状态决定当前CPU的cor0/cor1对CCB的倍频参数；
Cpu根据cfg_cpu0_boot和cfg_cpu1_boot的输入状态决定复位时执行boot代码的Core，如下图所示：

我们设置core0启动，core1等待。

cfg_cpu0_boot=1，core0启动；

cfg_cpu1_boot=0，core1等待；

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Cpu根据cfg_rom_loc[0:3]的输入状态决定Boot ROM的位置。

对软件来说最重要的配置是Boot ROM位置的配置。Boot ROM位置与cfg_rom_loc[0:3]输入状态的关系如下图所示：

我们从nor启动，所以：

cfg_rom_loc[0:3] =1110，从Local bus GPCM—16-bit ROM启动；

启动及u-boot分析

cpu上电会先读取以上启动条件的参数，根据这些参数来进行不同的初始化。

根据我们的设置从core0启动，从local bus GPCM加载代码。

Cpu复位后执行的第一条指令的地址是0xFFFF,FFFC。因此，Cpu要能正确执行U-boot代码，至少需要下面几个条件：

Local Access Window能正确转换U-boot代码的物理地址空间
Local Bus Control能正确转换U-boot代码的物理地址空间
MMU能正确转换U-boot代码的有效地址空间（e500核的MMU无法关闭）

首先，根据P1020手册，Local Access Window对Boot ROM的地址转换，不通过LAW寄存器配置。在复位时，映射0x0_FF80_0000到启动地址（硬件配置为Local bus GPCM），共8M空间。这样解决了第一个问题。

接着，P1020复位时Local Bus Control寄存器BRn/ORn有默认值为全0，设定了第0个Local Bus Bank的地址空间是从0x0000_0000开始的4G空间，且MSEL=GPCM。这样，所有映射到Local Bus上的地址都会使CS0有效。

然后，MMU在复位时也有默认值。实际上，虽然P1020的MMU有16个TLB1和512个TLB0，复位时仅TLB1的Entry0有效。Entry0将0xFFFF,F000开始的4k有效地址空间映射到0xFFFF,F000开始的4k物理地址空间中，TLB1的Entry0配置如下表所示：

有了以上的配置，P1020 Cpu复位时就能够从连接在Local Bus的CS0上的Nor Flash执行第一条指令了。具体过程如下：

Cpu从0xFFFF,FFFC有效地址开始执行，先经过MMU转换得到物理地址0xFFFF,FFFC；然后，Local Access Window的特殊转换直接将0xFFFF,FFFC转换到Cpu的外围器件Local bus GPCM—16-bit ROM上；最后，由于Local Bus的CS0覆盖了4G空间，0xFFFF,FFFC直接被送到了Nor Flash（Boot Flash）的地址总线上。如果外接Boot Flash只有16M BYTE，则地址总线仅24位，0xFFFF,FFFC代表了Flash 0xFF,FFFC的地址。

/cpu/mpc85xx/u-boot.lds文件是连接器脚本文件，其中：

.bootpg RESET_VECTOR_ADDRESS - 0xffc:
{
	cpu/mpc85xx/start.o       (.bootpg)
} :text = 0xffff

规定了/cpu/mpc85xx/start.s的_start_e500代码段放在Flash倒数4K的位置。

.resetvec RESET_VECTOR_ADDRESS:
{
	*(.resetvec)
} :text = 0xffff

规定了复位后从resetvec段开始取指令，这个resetvec段放在FFFFFFFC的位置，在/cpu/mpc85xx/resetvec.s中可以看到e500核从倒数第4个字节处取的是一条跳转指令为：

b _start_e500

跳转到位于倒数4K位置的_start_e500标号处。

_start_e500开始的代码会在空间1里建立一个4M的Entry映射，使用的是Entry15，这样就把所有的uboot代码都可以访问到了。然后再会跳到_start标号开始的地方，_start标号位于倒数768K的位置，在这之后的过程和e300核的start.s类似。

E500核的u-boot的启动是从/cpu/mpc85xx/start.s中的_start_e500标号开始的，经历了/cpu/mpc85xx/start.s，/cpu/mpc85xx/cpu_init_early.c，/cpu/mpc85xx/cpu_init.c，/lib_ppc/Board.c等几个文件中的多个汇编和C函数，最后会在/lib_ppc/Board.c中的board_init_r函数中进入命令死循环，等待执行键入的命令。其具体的流程如下图所示：

start.s代码过程

_start_e500函数

初始化e500核心，清除指令和数据cache，有效指令和数据cache，设置中断向量，禁止中断响应，禁止看门狗，只允许machine check中断，设置为supervisor级别，无效指令和数据cache，设置HID0寄存器等，为系统创建一个干净可靠的初始环境。
使能L1 cache
设置异常向量表

配置MMU单元，即TLB0和TLB1条目，此时虚实地址相同。默认只映射flash的最后4KB空间，所以此空间也叫bootpg。配置MMU之后，可以访问所有flash。

从前面P1020上电流程可以看出，上电之后，MMU只配置了4k空间，在这4k空间内必须初步配置MMU，使MMU能够映射u-boot真实的有效地址空间。下面这段代码将TLB1的Entry0配置为4M空间。

	lis     r6,FSL_BOOKE_MAS0(1, 15, 0)@h
	ori     r6,r6,FSL_BOOKE_MAS0(1, 15, 0)@l
	
	/* create a temp mapping in AS=1 to the 4M boot window */
	lis     r7,FSL_BOOKE_MAS1(1, 1, 0, 1, BOOKE_PAGESZ_4M)@h
	ori     r7,r7,FSL_BOOKE_MAS1(1, 1, 0, 1, BOOKE_PAGESZ_4M)@l

	lis     r8,FSL_BOOKE_MAS2(TEXT_BASE & 0xffc00000, (MAS2_I|MAS2_G))@h
	ori     r8,r8,FSL_BOOKE_MAS2(TEXT_BASE & 0xffc00000, (MAS2_I|MAS2_G))@l

	/* The 85xx has the default boot window 0xff800000 - 0xffffffff */
	lis     r9,FSL_BOOKE_MAS3(0xffc00000, 0, (MAS3_SX|MAS3_SW|MAS3_SR))@h
	ori     r9,r9,FSL_BOOKE_MAS3(0xffc00000, 0, (MAS3_SX|MAS3_SW|MAS3_SR))@l

	mtspr   MAS0,r6
	mtspr   MAS1,r7
	mtspr   MAS2,r8
	mtspr   MAS3,r9
	isync
	msync
	tlbwe

经过以上配置，u-boot代码就可以使用TEXT_BASE定义的有效地址空间了。但是，这时的Local Bus Bank的配置还是默认值。后面的代码会重新修改MMU映射，将u-boot映射到LAW分配的空间里。

重定位CCSRBAR，即cpu的寄存器映射区域，control config status registers
配置Local Access Window L1 cache
设置L1 data cache作为INIT_RAM使用
跳转到_start_cont处开始执行
设置堆栈到INIT_RAM中（L1 data cache），此时ddr尚未规划。

程序跑到这里，就要进入第一个C函数了。C函数的运行至少需要栈空间，但这时，RAM还没有初始化，只能在Dcache中锁定一定的空间，用做C的栈空间。

switch_as函数在Dcache中锁定16k的空间。

下面的几行代码将堆栈指针指向刚刚分配好的Dcache空间。
```
  /* Setup the stack in initial RAM,could be L2-as-SRAM or L1 dcache*/
	lis      r1,CONFIG_SYS_INIT_RAM_ADDR@h
	ori     r1,r1,CONFIG_SYS_INIT_SP_OFFSET@l

	li       r0,0
	stwu r0,-4(r1)
	stwu r0,-4(r1)              /* Terminate call chain */
```
调用cpu_init_f()函数（arch/powerpc/cpu/mpc85xx/cpu_init_early.c），完成下面的工作：
1. 为u-boot的全局变量指定地址并清空
2. 为CCSRBAR建立TBL
3. 建立nor flash、cpld、nand flash到LAW
4. 为L2SRAM建立TLB，配置L2RAM
5. 为NOR FLASH建立TLB，并重新配置eLBC驱动nor flash
6. 禁止MMU TLB1,这样就导致不能使用启动时的默认TLB去映射nor flash了
7. 为L1 DCache重新建立TLB，L1 DCache for SRAM用作stack空间

调用board_init_f()板级初始化函数（common/board_f.c）

该函数为板级初始化的第一个函数，会对板子上很多硬件外设做初始化，其中最重要的为init_sequence数组，该数组里面包含了很多板级的硬件初始化函数，在board_init_f函数中会依次的调用该数组中的函数去初始化各个硬件，该数组如下：

init_fnc_t *init_sequence[] = {

#if defined(CONFIG_BOARD_EARLY_INIT_F)
         board_early_init_f,
#endif

#if defined(CONFIG_MPC85xx) || defined(CONFIG_MPC86xx)
         probecpu,
#endif
#if !defined(CONFIG_8xx_CPUCLK_DEFAULT)
         get_clocks,          /* get CPU and bus clocks (etc.) */
#if defined(CONFIG_TQM8xxL) && !defined(CONFIG_TQM866M) \
    && !defined(CONFIG_TQM885D)
         adjust_sdram_tbs_8xx,
#endif
         init_timebase,
#endif
#ifdef CONFIG_SYS_ALLOC_DPRAM
#if !defined(CONFIG_CPM2)
         dpram_init,
#endif
#endif
#if defined(CONFIG_BOARD_POSTCLK_INIT)
         board_postclk_init,
#endif
         env_init,
#if defined(CONFIG_8xx_CPUCLK_DEFAULT)
         get_clocks_866,            /* get CPU and bus clocks according to the environment variable */
         sdram_adjust_866,       /* adjust sdram refresh rate according to the new clock */
         init_timebase,
#endif
         init_baudrate,
         serial_init,
         console_init_f,
         display_options,
#if defined(CONFIG_8260)
         prt_8260_rsr,
         prt_8260_clks,
#endif /* CONFIG_8260 */
#if defined(CONFIG_MPC83xx)
         prt_83xx_rsr,
#endif
         checkcpu,
#if defined(CONFIG_MPC5xxx)
         prt_mpc5xxx_clks,
#endif /* CONFIG_MPC5xxx */
#if defined(CONFIG_MPC8220)
         prt_mpc8220_clks,
#endif
         checkboard,
         INIT_FUNC_WATCHDOG_INIT
#if defined(CONFIG_MISC_INIT_F)
         misc_init_f,
#endif
         INIT_FUNC_WATCHDOG_RESET
#if defined(CONFIG_HARD_I2C) || defined(CONFIG_SOFT_I2C)
         init_func_i2c,
#endif
#if defined(CONFIG_HARD_SPI)
         init_func_spi,
#endif
#ifdef CONFIG_POST
         post_init_f,
#endif
         INIT_FUNC_WATCHDOG_RESET
         init_func_ram,
#if defined(CONFIG_SYS_DRAM_TEST)
         testdram,
#endif /* CONFIG_SYS_DRAM_TEST */
         INIT_FUNC_WATCHDOG_RESET

         NULL,                          /* Terminate this list */
};

有阴影的部分在本系统内不采用。可以看到时钟，串口，控制台，内存等初始化函数的调用。

逐个调用init_sequence[]中的板级初始化函数，包括cpu探测，时钟获取、初始化时间基数、环境变量env的初始化，初始化波特率、初始化串口、初始化终端、打印选项、检测cpu、检测board等和最关键的初始化DDR SDRAM(board/freescale/p1020ndae/ddr.c,不使用SPD EEPROM)
分配0-1GB的RAM空间。初始化bd_t *bd板级数据结构信息。调用hanshrelocate_code(addr_sp,id,addr)把代码从flash中load到RAM中并从RAM中继续运行，其中：addr_sp指向栈顶（最大地址）。id指向gd_t,即全局数据结构。Addr指向代码搬移的目的地址。

relocate_code的工作

relocate_code(addr_sp, id, addr)把代码从flash中load到RAM中并从RAM中继续运行！
1. 将栈由内部RAM（cache）空间重新定位到外部DDR内
2. 从flash中拷贝代码到DDR RAM中，在RAM中的高端，具体地址根据RAM大小确定。
3. 重新定位中断向量到DDR RAM中
4. 计算in_ram函数在RAM中的地址，并跳转到该函数继续执行。
5. 调整GOT表中函数的地址，并清零bss段。
6. 调用board_init_r()函数
  - 更新u-boot命令函数地址，因为代码已拷贝至RAM低地址处
  - 调用函数trap_init() copy exception代码到RAM低地址处
  - 调用flash——init()获取flash校验等，并填写flash信息到bd中。
  - 调用cpu_init_r()初始化L2 cache。
  - 调用mem_malloc_init()初始化u-boot阶段的，可以allocate的memory，我们板卡定义了128KB空间。
  - 调用env_relocate(),如果enviroment包含在编译的镜像中，则修改其地址。否则，，申请空间，并拷贝默认的environment。
  - 获取ethernet mac地址，并保存到bd中
  - 调用getenv_IPaddr()从environment信息中获取ip地址，保存daobd中。
  - device_init()，根据板卡头文件定义，注册必要的设备，如串口设备。
  - jumptable_init()初始化gd中的jump table中的函数，如get_version,malloc,getenv
  - 调用console_init_r()把串口设备设置为标准的输入、输出、错误控制终端。
  - 调用interrupt_init()使能中断。
  - 获取uImage在RAM中的地址，引导uImage，引导失败进行向下执行
  - 调用eth_initialize(bd)初始化以太网接口（net/eth.c _initialize()）。
  - 调用main_loop()函数，进入主循环。
    
    等待标准输入输入命令。

无名小卒～

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