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嵌入式Linux学习:u-boot源码分析(6)--AM335X系列的2014.10版

2019-11-14 09:51:09
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来源:转载
供稿:网友

题外话

    之前的5篇博文简单介绍了AM335X启动过程中关于SPL阶段的代码,可以看到SPL实际上没干什么活,它主要是初始化了SDRAM,并根据实际情况将MMC或者其他Flash中的uboot镜像一股脑的加载到SDRAM中的低位位置。然后将cpu的指针指向了SDRAM低位,在SDRAM低位中执行uboot代码!    这是为了最大化的合理分配SDRAM的内存空间,让uboot可以更好的运行,也给后期linux内核腾出更多的空间,所以必须要将uboot放置到SDRAM的高位再执行。之前的博客中介绍了,很多变量以及代码段都是位置相关的,也就是运行地址在连接的时候就已经确定了,只有将相应的代码放置到特定的位置才可以保证没有错误的运行。所以讲低位的uboot赋值到SDRAM高位以后,必须要做重定位!    所以后续的代码任务就是:    1. 准备一个临时的gd和sp    2. 将SDRAM的高位人为的划分出一部分空间作为uboot区(类似的还有gd区,bd区,malloc区)    3. 然后将原本保存到低位的uboot复制到高位,也就是上述的uboot区    4. 重定位    5.跳到高位的uboot中运行(已经重定位,所以运行没有问题)

汇编部分

    我们再次回到了start.S的reset处,还记得SPL的入口吗,实际上也是在这里,只是SPL和uboot分别是根据不同的条件做的编译,所以其函数定义也会有所不同,我们继续看这么一段汇编的代码:
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	bl	_main	/*wlg: jump to arch/arm/lib/crt0.s*/    没毛病,上面的代码和这个博客(1)中是一样的,至少看起来是一样的,它主要执行了以下功能:    1. bl save_boot_params 这是第一个不同于SPL阶段的代码,之前save_boot_params保存了r0寄存器中的数据到SRAM中,在uboot中,它实际上只是:
ENTRY(save_boot_params)	bx	lr			@ back to my callerENDPROC(save_boot_params)	.weak	save_boot_params        可以看到,此时的r0早就已经被SPL用了很多次,上次已经不再保存启动信息了,而且这时候启动信息也已经不再重要了,因为我们已经正在执行uboot了,所以上面的代码只是做了简单的返回。    2.  请注意,这个时候CONFIG_SPL_BUILD不再被定义,所以后面的很多条件编译请自觉忽略。关闭了中断,设置了SVC后    3. 这个时候我们会定义CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT,所以其后面的cpu_init_cp15等代码实际上不会被执行,而是直接来到了_main, arch/arm/lib/crt0.s    接下来继续看_main代码,实际上也是和SPL一样的,只是部分条件编译不一样,如下:
ENTRY(_main)/* * Set up initial C runtime environment and call board_init_f(0). */#if defined(CONFIG_SPL_BUILD) && defined(CONFIG_SPL_STACK)	ldr	sp, =(CONFIG_SPL_STACK)/* wlg: in spl, it seems be 0x40310000-sizeof(global_data)*/#else	ldr	sp, =(CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR)/* wlg: in uboot, it will be ?*/#endif	bic	sp, sp, #7	/* 8-byte alignment for ABI compliance		|		      	SPL			|			uboot		|*/	mov	r2, sp	/* wlg: we record the end of address of the initial 	|sp is useful, r9 (gdata) will |sp is useful,  a new temp 	|*/	sub	sp, sp, #GD_SIZE	/* allocate one GD above SP 				|be redefined in board_init_f	|GD(pointed by r9) will be  	|*/				bic	sp, sp, #7	/* 8-byte alignment for ABI compliance		|so next text is only to clear	| set above on sp,   gdata 	|*/	mov	r9, sp		/* GD is above SP 							|a invalid memory			|be discarded 			|*/	mov	r1, sp	/* wlg: we record the start address of the initial*/	mov	r0, #0 	/*wlg : the num of initialition*/clr_gd:	cmp	r1, r2			/* while not at end of GD */	strlo	r0, [r1]		/* clear 32-bit GD Word */ /*wlg: ro >> [r1]*/	addlo	r1, r1, #4		/* move to next */	blo	clr_gd#if defined(CONFIG_SYS_MALLOC_F_LEN) && !defined(CONFIG_SPL_BUILD)	sub	sp, sp, #CONFIG_SYS_MALLOC_F_LEN	str	sp, [r9, #GD_MALLOC_BASE]#endif	/* mov r0, #0 not needed due to above code */	bl	board_init_f 	/*wlg: SPL: board_init_f - Function in spl.c (arch/arm/lib) , and it will not return, it will jump to uboot's start's*/						/*wlg: Uboot: board_init_f - Function in Board.c (arch/arm/lib) at line 263 (199 lines), it will return*/    上述代码主要完成了:    1. 设置一个临时的sp,为后面的C语言函数调用做准备    2. 在这个临时的sp上分配出一部分空间专门用来保存全局变量,并把这部分空间清0,并将r9指向这个全局变量!请注意,这里的全局变量已经不同于SPL阶段的gdata(全局变量),这里的全局变量是一个临时的用来保存关键数据的。所以请记住,在uboot的前期所用到的全局变量(会用gd指针表示)实际上指的就是建立在SRAM上的这部分空间,而且已经初始化为0,不再继承SPL阶段的全局变量(SPL阶段的全局变量虽然也是保存在SRAM中,但是是预先定义好的.data中)    3. 定义一个malloc空间,并将malloc空间的地址赋值给最新的临时全局变量(因为r9所指就是全局变量的开头,其加上一个偏移量后就是gd->malloc_base)    4. 万事俱备(有了临时sp和全局变量,为什么说是临时的呢?因为这两个玩意都还建立在SRAM上,而我们cpu目前试运行在SDRAM上的,我们最终希望sp和全局变量都是指向SDRAM的!),那么接下来就可以转跳到从语言函数board_init_f,他的定义位置和SPL不同,在Board.c (arch/arm/lib)

C语言部分

    这部分代码很长,我们分几次将其贴上
void board_init_f(ulong bootflag){	bd_t *bd;	init_fnc_t **init_fnc_ptr;	gd_t *id;	ulong addr, addr_sp;#ifdef CONFIG_PRAM	ulong reg;#endif	void *new_fdt = NULL;	size_t fdt_size = 0;	memset((void *)gd, 0, sizeof(gd_t));//DECLARE_GLOBAL_DATA_PTR make gd >> r9,	//wlg:  all we now used gd is a point which saved in r9, so it is point to SRAM	gd->mon_len = (ulong)&__bss_end - (ulong)_start;//wlg:  it will be the sum size of uboot, it should be made at ld?#ifdef CONFIG_OF_EMBED	/* Get a pointer to the FDT */	gd->fdt_blob = __dtb_dt_begin;#elif defined CONFIG_OF_SEPARATE	/* FDT is at end of image */	gd->fdt_blob = &_end;#endif	/* Allow the early environment to override the fdt address */	gd->fdt_blob = (void *)getenv_ulong("fdtcontroladdr", 16,						(uintptr_t)gd->fdt_blob);	//initial function sequence as defined before, containing serial_init()	for (init_fnc_ptr = init_sequence; *init_fnc_ptr; ++init_fnc_ptr) {		if ((*init_fnc_ptr)() != 0) {			hang ();		}	}#ifdef CONFIG_OF_CONTROL	/* For now, put this check after the console is ready */	if (fdtdec_prepare_fdt()) {		panic("** CONFIG_OF_CONTROL defined but no FDT - please see "			"doc/README.fdt-control");	}#endif	debug("monitor len: %08lX/n", gd->mon_len);	/*	 * Ram is setup, size stored in gd !!	 */	debug("ramsize: %08lX/n", gd->ram_size);    这部分代码的主要工作是对对全局变量进行赋值,也就是上文gd所指向的建立在SRAM上的临时全局变量;然后利用函数指针进行各种初始化,展示如下:
init_fnc_t *init_sequence[] = {	arch_cpu_init,		/* basic arch cpu dependent setup */	mark_bootstage,#ifdef CONFIG_OF_CONTROL	fdtdec_check_fdt,#endif#if defined(CONFIG_BOARD_EARLY_INIT_F)	board_early_init_f,#endif	timer_init,		/* initialize timer */#ifdef CONFIG_BOARD_POSTCLK_INIT	board_postclk_init,#endif#ifdef CONFIG_FSL_ESDHC	get_clocks,#endif	env_init,		/* initialize environment */	init_baudrate,		/* initialze baudrate settings */	serial_init,		/* serial communications setup */ 	//wlg: at very first of SPL, we have no serial, so we get the default serial as cerrent	console_init_f,		/* stage 1 init of console */			//wlg: while in boot, 	display_banner,		/* say that we are here */ //wlg: now we have the first information printed out: U-Boot 2014.10...	print_cpuinfo,		/* display cpu info (and speed) */#if defined(CONFIG_DISPLAY_BOARDINFO)	checkboard,		/* display board info */#endif#if defined(CONFIG_HARD_I2C) || defined(CONFIG_SYS_I2C)	init_func_i2c,#endif	dram_init,		/* configure available RAM banks */// wlg: make initialing to gd->ram-size	NULL,};    将上面的函数指针数组中的元素所指向的函数全部执行一遍,每一个函数都比较简单,其作用在注释中都有所记录。初始化过程也会对上述全局变量gd中元素做修改,初始化过程也大量用到了环境变量,这些默认的环境变量在编译时就已经确定,下次专门开一篇来介绍环境变量!
	addr = CONFIG_SYS_SDRAM_BASE + get_effective_memsize();	//wlg: now, we could divide the menory to parts as follow#ifdef CONFIG_LOGBUFFER#ifndef CONFIG_ALT_LB_ADDR	/* reserve kernel log buffer */	addr -= (LOGBUFF_RESERVE);	debug("Reserving %dk for kernel logbuffer at %08lx/n", LOGBUFF_LEN,		addr);#endif#endif#ifdef CONFIG_PRAM	/*	 * reserve protected RAM	 */	reg = getenv_ulong("pram", 10, CONFIG_PRAM);	addr -= (reg << 10);		/* size is in kB */	debug("Reserving %ldk for protected RAM at %08lx/n", reg, addr);#endif /* CONFIG_PRAM */#if !(defined(CONFIG_SYS_ICACHE_OFF) && defined(CONFIG_SYS_DCACHE_OFF))	/* reserve TLB table */	gd->arch.tlb_size = PGTABLE_SIZE;//wlg: tlb will be 64KB	addr -= gd->arch.tlb_size;	/* round down to next 64 kB limit */	addr &= ~(0x10000 - 1);	gd->arch.tlb_addr = addr;//wlg: record the addr in global_data	debug("TLB table from %08lx to %08lx/n", addr, addr + gd->arch.tlb_size);#endif	/* round down to next 4 kB limit */	addr &= ~(4096 - 1);	debug("Top of RAM usable for U-Boot at: %08lx/n", addr);#ifdef CONFIG_LCD#ifdef CONFIG_FB_ADDR	gd->fb_base = CONFIG_FB_ADDR;#else	/* reserve memory for LCD display (always full pages) */	addr = lcd_setmem(addr);	gd->fb_base = addr;#endif /* CONFIG_FB_ADDR */#endif /* CONFIG_LCD */	/*	 * reserve memory for U-Boot code, data & bss	 * round down to next 4 kB limit	 */	addr -= gd->mon_len;	addr &= ~(4096 - 1);	debug("Reserving %ldk for U-Boot at: %08lx/n", gd->mon_len >> 10, addr); 
////////////////////////////the different between SPL and uboot ///////////////////////////////#ifndef CONFIG_SPL_BUILD//////////////wlg: in this branch, we put the global_data and board_data into SDRAM	/*	 * reserve memory for malloc() arena	 */	addr_sp = addr - TOTAL_MALLOC_LEN;	debug("Reserving %dk for malloc() at: %08lx/n",			TOTAL_MALLOC_LEN >> 10, addr_sp);	/*	 * (permanently) allocate a Board Info struct	 * and a permanent copy of the "global" data	 */	addr_sp -= sizeof (bd_t);	bd = (bd_t *) addr_sp;	gd->bd = bd;	debug("Reserving %zu Bytes for Board Info at: %08lx/n",			sizeof (bd_t), addr_sp);#ifdef CONFIG_MACH_TYPE	gd->bd->bi_arch_number = CONFIG_MACH_TYPE; /* board id for Linux */#endif	addr_sp -= sizeof (gd_t);	id = (gd_t *) addr_sp;	debug("Reserving %zu Bytes for Global Data at: %08lx/n",			sizeof (gd_t), addr_sp);#if defined(CONFIG_OF_SEPARATE) && defined(CONFIG_OF_CONTROL)	/*	 * If the device tree is sitting immediate above our image then we	 * must relocate it. If it is embedded in the data section, then it	 * will be relocated with other data.	 */	if (gd->fdt_blob) {		fdt_size = ALIGN(fdt_totalsize(gd->fdt_blob) + 0x1000, 32);		addr_sp -= fdt_size;		new_fdt = (void *)addr_sp;		debug("Reserving %zu Bytes for FDT at: %08lx/n",		      fdt_size, addr_sp);	}#endif#ifndef CONFIG_ARM64	/* setup stackpointer for exeptions */	gd->irq_sp = addr_sp;#ifdef CONFIG_USE_IRQ	addr_sp -= (CONFIG_STACKSIZE_IRQ+CONFIG_STACKSIZE_FIQ);	debug("Reserving %zu Bytes for IRQ stack at: %08lx/n",		CONFIG_STACKSIZE_IRQ+CONFIG_STACKSIZE_FIQ, addr_sp);#endif	/* leave 3 words for abort-stack    */	addr_sp -= 12;	/* 8-byte alignment for ABI compliance */	addr_sp &= ~0x07;#else	/* CONFIG_ARM64 */	/* 16-byte alignment for ABI compliance */	addr_sp &= ~0x0f;#endif	/* CONFIG_ARM64 */ 上面的代码完成了SDRAM高位地址的划分,从SDRAM顶上往下依次是:    a. TLB,放置TLB。请注意这里只是划分出这么个空间作为TLB的区域,里面并没有数据!    b.FB LCD,放置frame buffer 缓冲(一般没有)    c. Uboot  .text .data .bss,放置完整的uboot代码段和bss数据。请注意这里只是划分出这么个空间作为uboot的区域,里面并没有数据!    d. malloc 放置molloc空间。请注意这里只是划分出这么个空间作为malloc的区域,里面并没有数据!    e. bd 放置board data 结构体。请注意这里只是划分出这么个空间作为bd的区域,里面并没有数据!    f. gd 放置 global data结构体,这个gd结构体才是真正在后期uboot要用的全局变量。请注意这里只是划分出这么个空间作为gd的区域,里面并没有数据!    g. IRQ stack。请注意这里只是划分出这么个空间作为IRQ的区域,里面并没有数据!    h. sp,这个sp才是后期uboot要用的堆栈。请注意这里只是划分出这么个空间作为sp的区域,里面并没有数据!    请注意,上述代码只是简单的划分了SDRAM的内存区域,比如说uboot区域,实际上当前正在执行的就是uboot程序,只是当前代码目前保存在SDRAM的低位,上述的uboot区是在SDRAM的高端,后期我们会将低位的uboot复制到高位的uboot区,再执行重定位,然后代码就可以安全的在高位执行了!    在完后看
	gd->relocaddr = addr;	//wlg: the uboot start here	gd->start_addr_sp = addr_sp; //wlg: the stack is here	gd->reloc_off = addr - (ulong)&_start; //wlg:  record the offset, we will relocation.	debug("relocation Offset is: %08lx/n", gd->reloc_off);	if (new_fdt) {		memcpy(new_fdt, gd->fdt_blob, fdt_size);		gd->fdt_blob = new_fdt;	}	memcpy(id, (void *)gd, sizeof(gd_t));	//wlg: copy the temp global_data the the static global_data in SDRAM    划分完SDRAM后,需要将关键参数保存到gd中,此时的gd仍是SRAM中的临时全局变量,最后那一句,就将在SRAM中的全局变量,复制到了处在SDRAM中的全局变量中。也就是说现在的全局变量有两个备份,一个在SRAM中,另一个在SDRAM中!-------------------------------返回到_main------------------------
	ldr	sp, [r9, #GD_START_ADDR_SP]	/* sp = gd->start_addr_sp */	/*wlg: because r9 point to SRAM and keep gd*/	bic	sp, sp, #7	/* 8-byte alignment for ABI compliance */			/*wlg: and also we have a copy in SDRAM*/	ldr	r9, [r9, #GD_BD]		/* r9 = gd->bd */ 				/*wlg: we should change r9 to point to SDRAM*/	sub	r9, r9, #GD_SIZE		/* new GD is below bd */			/*wlg:  <<<<<change r9<<<<<<<<<<<<<*/																/*wlg:  also, we change sp to point to SDRAM*/	adr	lr, here	ldr	r0, [r9, #GD_RELOC_OFF]		/* r0 = gd->reloc_off */		/*wlg:  now r9 is point to SDRAM*/	add	lr, lr, r0												/*wlg:  lr will be the here function which run in SDRAM*/	ldr	r0, [r9, #GD_RELOCADDR]		/* r0 = gd->relocaddr */		/*wlg: so when we return, the program will run on SDRAM*/	b	relocate_code			/*the function is locate in relocate.S (arch/arm/lib)*/
here:    这段代码在注视中解释的很清晰了,其作用就是:    a. 更新r9,让其指向SDRAM中的全局变量!因为以前面已经完成了SRAM到SDRAM的全局变量复制        i.第一句中的r9还是指向SRAM,其作用就是将SRAM中的全局变量中的start_addr_sp赋值给sp,这样就完成了sp指向SDRAM中正确位置的工作!后做对齐        ii.第三句的r9还是指向SRAM,其作用就是将SRAM中的全局变量中的bd赋值给r9        iii.将此时的r9减去GD_SIZE的(即全局变量的size)后,再赋值给r9,此时的r9已经正确的指向了SDRAM中的全局变量(而且已经将SRAM中的相应数据复制进去)    b. 将此时的here标号的地址赋值给lr,将r0赋值为重定位的偏移地址r0 = gd->reloc_off,将lr加上这个r0,这样就相当于完成了here(lr)的重定位!    c.将r0赋值为gd->relocaddr,这个地址就是在SDRAM中重新分配的uboot的起始地址(这个uboot区域目前还没有数据)    d. 跳到relocate_code进行重定位!注意这里不是用bl,所以实际上没有记录返回地址。前面我们已经将here的重定位地址赋给了lr,所以relocate_code返回的话,就会返回到重定位后的SDRAM中区执行,也就是在上述SDRAM中的uboot段中区执行。    注意:uboot原本也是运行在SDRAM中,但是从SDRAM的地址分配来看,我们无法提前预知uboot的最佳运行位置。所以uboot的前期都是在SDRAM的低位运行的,而且前期的代码都是位置无关的,所以执行起来没有问题。直到重定位完成以后,才将uboot搬移到SDRAM中的uboot区(人为划分的,实际运行的最佳位置),这个时候开始,uboot才开始复杂的功能!所以接下来的重定位非常的关键。    可看之前的博客-讲解重定位的那篇
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