基于cortex-A8的Bootloader设计
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图2 U-Boot第一阶段启动流程
U-Boot上电后首先会设置cpu为管理模式，禁用L1缓存，关闭MMU和清除caches。之后会调用底层初始化函数lowlevel_init()。该函数实现如下：
.globl lowlevel_init
lowlevel_init:
push {lr}
#if defined(CONFIG_SPL_BUILD)
/* 初始化时钟 */
bl system_clock_init
/* 初始化内存 */
bl mem_ctrl_asm_init
/* 初始化串口 */
bl uart_asm_init
#endif
pop {pc}
上述代码中system_clock_init(), mem_ctrl_asm_init(),uart_asm_init()这三个函数需要开发者结合具体硬件环境进行修改和实现。
初始化完成之后，U-Boot会调用一个拷贝函数将BL2拷贝到内存地址为0x3FF00000处，然后跳转到该位置执行BL2。在U-Boot中，BL1 和BL2是基于相同的一些源文件编译生成的。开发者在编写代码时需要使用预编译宏CONFIG_SPL_BUILD来实现BL1和BL2不同的功能。其拷贝函数实现如下：
void copy_code_2_sdram_and_run(void)
{
unsigned long ch;
void (*u_boot)(void);
ch = *(volatile unsigned int *)(0xD0037488); /* 根据该地址的值判断传输通道 */
/* copy_bl2()函数不需要开发者去实现，s5pv210在出厂时已经固化在了0xD0037F98地址处 */
copy_sd_mmc_to_mem copy_bl2 = (copy_sd_mmc_to_mem) (*(unsigned int *) (0xD0037F98));
unsigned int ret;
if (ch == 0xEB000000) { /* CONFIG_SYS_TEXT_BASE = 0x3FF00000 */
ret = copy_bl2(0, 49, 1024,(unsigned int *)CONFIG_SYS_TEXT_BASE, 0);
} else if (ch == 0xEB200000) {
ret = copy_bl2(2, 49, 1024,(unsigned int *)CONFIG_SYS_TEXT_BASE, 0);
} else {
return;
}
u_boot = (void *)CONFIG_SYS_TEXT_BASE;
(*u_boot)(); /* 跳转到该地址执行 */
}
值得注意的是以上代码中，copy_bl2()函数不需要开发者去实现，s5pv210在出厂时已经将该函数固化在了0xD0037F98地址处。其函数原型如下：
u32 (*copy_sd_mmc_to_mem)(u32 channel, u32 start_block, u16 block_size, u32 *trg, u32 init);
/*
参数介绍：
channel：通道数2或0，该值通过读取0xD0037488地址上的值判断。
start_block：从第几个扇区开始拷贝，一个扇区为512byte。
block_size：拷贝多少个扇区，这里拷贝512K
trg：目的地址：0x3FF00000, 即离内存顶部1M的位置
init：是否需要初始化sd卡，写0即可。
*/
2.3.2 第二阶段初始化
U-Boot进入第二阶段后会首先声明一个gd_t结构体类型的指针指向内存地址(0x40000000 - GD_SIZE)处。0x40000000为内存结束地址，GD_SIZE为结构体gd_t的大小。这样相当于在内存最顶端分配了一段空间用于存放一个临时结构体gd_t。该结构体在global_data.h中被定义，U-Boot用它来存储所有的全局变量。之后U-Boot会调用 board_init_f()和board_init_r()两个函数进一步对底板进行初始化。
(1)board_init_f()
进入board_init_f()之后，U-Boot首先设置之前分配的临时结构体，然后开始划分内存空间，其内存分配示意图如下：
图3 U-Boot内存分配状态
从内存分配状态图中我们可以看到，gd指针指向的临时结构体存放在内存的最顶部。BL2代码存放在内存地址0x3ff00000处，即距离内存顶部1M空间的位置。接下来依次分配malloc空间，bd_t结构体空间和gd_t结构体空间，并且重新设置栈。最后将临时结构体拷贝到id指针所指向的位置。 board_init_f()实现过程大致如下：
unsigned int board_init_f(ulong bootflag)
{
memset((void *)gd, 0, sizeof(gd_t));
...
设置gd结构体;
...
addr = CONFIG_SYS_TEXT_BASE; /* CONFIG_SYS_TEXT_BASE = 0x3ff00000000 */
addr_sp = addr - TOTAL_MALLOC_LEN;
addr_sp -= sizeof (bd_t);
bd = (bd_t *) addr_sp;
gd->bd = bd;
addr_sp -= sizeof (gd_t);
id = (gd_t *) addr_sp;
...
memcpy(id, (void *)gd, sizeof(gd_t));
base_sp = addr_sp;
return (unsigned int)id;
}
(2)board_init_r()
board_init_r()负责对其他硬件资源进行初始化。如网卡、Flash、MMC、中断等。最后调用main_loop()，等待用户输入命令。
3 设计实现
3.1 支持Nand Flash读写
Nand Flash是嵌入式系统中重要的存储设备，其储存对象包括Bootloader本身，操作系统内核，环境变量，根文件系统等，所以使能Nand Flash读写是U-Boot移植过程中必须完成的一个步骤。U-Boot中Nand Flash初始化函数调用关系为：
board_init_r()->nand_init()->nand_init_chip()->board_nand_init()。
board_nand_init() 完成两件事：(1)对s5pv210关于Nand Flash控制器的相关寄存器进行设置。(2)对nand_chip结构体进行设置。我们需要设置的成员项有IO_ADDR_R，IO_ADDR_W，这两个成员都指向地址0xB0E00010，即 Nand Flash控制器的数据寄存器的地址。另外还需要实现以下三个成员函数：
① void (*select_chip)(struct mtd_info *mtd, int chip);
该函数实现Nand Flash设备选中或取消选中。
② void (*cmd_ctrl)(struct mtd_info *mtd, int dat, unsigned int ctrl);
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