u-boot中SPL源代碼分析

[Author: Bo Shen <voice.shen@gmail.com>

[u-boot: 2014.01-rc1]

本文將使用sama5d3xek SPL實現做為例子，具體代碼可查看：https://github.com/voiceshen/u-boot/tree/sama5d3xek_spl_spi_nand

u-boot SPL (second program loader), 對許多人來說也說很陌生。下面對此進行一個簡單介紹。

1. ARM SoC的啟動過程：

RomBoot --> SPL --> u-boot --> Linux kernel --> file system --> start application

(RomBoot是固化在SoC內部的。)

u-boot實現了一個新功能，能在編譯u-boot的同時生成SPL二進制文件。

2. SPL運行代碼go through

從u-boot-spl.lds鏈接文件可知，啟動代碼也是start.S。

(reset) <arch/arm/cpu/armv7/start.S> (b lowlevel_init: arch/arm/cpu/armv7/lowlevel_init.S) (b _main) --> <arch/arm/lib/crt0.S> (bl board_init_f) --> <arch/arm/lib/spl.c> (board_init_r) --> <common/spl/spl.c> (jump_to_image_no_args去啟動u-boot) 到此SPL的生命周期結束。

簡單來講：SPL所做工作，一些硬體的初始化，然後讀取u-boot，最後調轉至u-boot。

3. 下面具體分析SPL的相關代碼。

<arch/arm/cpu/armv7/start.S>

110 reset:
111         bl      save_boot_params
112/*
113          * disable interrupts (FIQ and IRQ), also set the cpu to SVC32 mode,
114          * except if in HYP mode already
115          */
116         mrs     r0, cpsr
117and     r1, r0,#0x1f           @ mask mode bits
118         teq     r1,#0x1a               @ test for HYP mode
119         bicne   r0, r0,#0x1f           @ clear all mode bits
120         orrne   r0, r0,#0x13           @ set SVC mode
121         orr     r0, r0,#0xc0           @ disable FIQ and IRQ
122         msr     cpsr,r0
123
124/*
125  * Setup vector:
126  * (OMAP4 spl TEXT_BASE is not 32 byte aligned.
127  * Continue to use ROM code vector only in OMAP4 spl)
128  */
129#if !(defined(CONFIG_OMAP44XX) && defined(CONFIG_SPL_BUILD))
130/* Set V=0 in CP15 SCTRL register - for VBAR to point to vector */
131         mrc     p15,0, r0, c1, c0,0@Read CP15 SCTRL Register
132         bic     r0,#CR_V               @ V = 0
133         mcr     p15,0, r0, c1, c0,0@Write CP15 SCTRL Register
134
135/* Set vector address in CP15 VBAR register */
136         ldr     r0,=_start
137         mcr     p15,0, r0, c12, c0,0@Set VBAR
138#endif
139
140/* the mask ROM code should have PLL and others stable */
141#ifndef CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT
142         bl      cpu_init_cp15
143         bl      cpu_init_crit
144#endif
145
146         bl      _main

116~138: 看注釋即可明白。

141: 因為SPL主要是對SoC進行初始化，所以不會定義CONFIG_SKIP_LOWLEVE_INIT, 即142，143行得以執行。

142: cpu_init_cpu15, 主要作用invalidate L1 I/D cache, disable MMU. 檢查是否需要workaround。

143: cpu_init_crit直接跳轉到lowlevel_init

下面看看lowlevel_init的實現：

<arch/arm/cpu/armv7/lowlevel_init.S>

18 ENTRY(lowlevel_init)
19/*
20          * Setup a temporary stack
21          */
22         ldr     sp,=CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR
23         bic     sp, sp,#7 /* 8-byte alignment for ABI compliance */
24#ifdef CONFIG_SPL_BUILD                 
25         ldr     r9,=gdata
26#else
27sub     sp,#GD_SIZE
28         bic     sp, sp,#7
29         mov     r9, sp
30#endif
31/*
32          * Save the old lr(passed in ip) and the current lr to stack
33          */
34         push    {ip, lr}
35
36/*
37          * go setup pll, mux, memory
38          */
39         bl      s_init
40         pop     {ip, pc}
41 ENDPROC(lowlevel_init)

23: 確保sp是8位元組對齊。

25：將gdata的地址存入到r9寄存器中。

39：跳轉到s_init。對Atmel sama5d3xek board, s_init定義在：<arch/arm/cpu/at91-common/spl.c> 此處暫時不分析。

然後返回到start.S處，接下來調用：bl _main到<arch/arm/lib/crt0.S>

58 ENTRY(_main)
59
60/*
61  * Set up initial C runtime environment and call board_init_f(0).
62  */
63
64#if defined(CONFIG_SPL_BUILD) && defined(CONFIG_SPL_STACK)
65         ldr     sp,=(CONFIG_SPL_STACK)
66#else
67         ldr     sp,=(CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR)
68#endif
69         bic     sp, sp,#7      /* 8-byte alignment for ABI compliance */
70sub     sp,#GD_SIZE    /* allocate one GD above SP */
71         bic     sp, sp,#7      /* 8-byte alignment for ABI compliance */
72         mov     r9, sp          /* GD is above SP */
73         mov     r0,#0
74         bl      board_init_f

69: 確認sp是8字對齊

70：相當於保留一個global_data的大小。

71: 確認更新後的sp是8字對齊

72：r9指向global_data

73：r0賦值0

74：跳轉到board_init_f中運行。

board_init_f在<arch/arm/lib/spl.c>定義：

20/*
21  * In the context of SPL, board_init_f must ensure that any clocks/etc for
22  * DDR are enabled, ensure that the stack pointer is valid, clear the BSS
23  * and call board_init_f.  We provide this version by default but mark it
24  * as __weak to allow for platforms to do this in their own way if needed.
25  */
26void __weak board_init_f(ulong dummy)
27{
28/* Clear the BSS. */
29         memset(__bss_start,0, __bss_end - __bss_start);
30
31/* Set global data pointer. */
32         gd =&gdata;
33
34         board_init_r(NULL,0);
35}

29：對BSS段進行清零操作。

34: 跳轉到board_init_r

board_init_r在<common/spl/spl.c>中定義：

132void board_init_r(gd_t*dummy1,ulong dummy2)
133{
134         u32 boot_device;
135         debug(">>spl:board_init_r()\n");
136
137#ifdef CONFIG_SYS_SPL_MALLOC_START
138         mem_malloc_init(CONFIG_SYS_SPL_MALLOC_START,
139                         CONFIG_SYS_SPL_MALLOC_SIZE);
140#endif
141
142#ifndef CONFIG_PPC
143/*
144          * timer_init() does not exist on PPC systems. The timer is initialized
145          * and enabled (decrementer) in interrupt_init() here.
146          */
147         timer_init();
148#endif
149
150#ifdef CONFIG_SPL_BOARD_INIT
151         spl_board_init();
152#endif

137~140: 如果定義了：CONFIG_SYS_SPL_MALLOC_START, 則進行memory的malloc池初始化。以後調用malloc就在這個池子裡面分配內存。

142~148: 如果沒有定義：CONFIG_PPC, 則進行timer的初始化：timer_init() <arm/arm/cpu/armv7/at91/time.c>

150~150: CONFIG_SPL_BOARD_INIT, 則調用spl_board_init(). 這是board相關的定義，<board/atmel/sama5d3xek/sama5d3xek.c>

一切就緒後，就要檢查從什麼設備來啟動了。這裡就貼出RAM，MMC， NAND相關代碼

154         boot_device = spl_boot_device();
155         debug("boot device - %d\n", boot_device);
156switch(boot_device){
157#ifdef CONFIG_SPL_RAM_DEVICE
158case BOOT_DEVICE_RAM:
159                 spl_ram_load_image();
160break;
161#endif
162#ifdef CONFIG_SPL_MMC_SUPPORT
163case BOOT_DEVICE_MMC1:
164case BOOT_DEVICE_MMC2:
165case BOOT_DEVICE_MMC2_2:
166                 spl_mmc_load_image();
167break;
168#endif
169#ifdef CONFIG_SPL_NAND_SUPPORT
170case BOOT_DEVICE_NAND:
171                 spl_nand_load_image();
172break;
173#endif

157～161：如果定義了CONFIG_SPL_RAM_DEVICE, 則執行spl_ram_load_image()，其就是將image下載到ram中。

162～168：如果定義了CONFIG_SPL_MMC_SUPPORT, 則執行spl_mmc_load_image()，其就是將image從mmc/sd裡面讀取到ram中。

169～173：如果定義了CONFIG_SPL_NAND_SUPPORT, 則執行spl_nand_load_image(), 其就是將image從nand flash中讀取到ram中。

當要啟動的image位於RAM中後，我們就可以啟動之。

213switch(spl_image.os){
214case IH_OS_U_BOOT:
215                 debug("Jumping to U-Boot\n");
216break;
217#ifdef CONFIG_SPL_OS_BOOT
218case IH_OS_LINUX:
219                 debug("Jumping to Linux\n");
220                 spl_board_prepare_for_linux();
221                 jump_to_image_linux((void*)CONFIG_SYS_SPL_ARGS_ADDR);
222#endif
223default:
224                 debug("Unsupported OS image.. Jumping nevertheless..\n");
225}
226         jump_to_image_no_args(&spl_image);
227}

214：如果是u-boot,則直接到227去運行u-boot。

218：如果是Linux，則到221去啟動Linux.

至此，SPL結束它的生命，控制權交於u-boot或Linux。

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