海思Hi35xx uboot启动分析总结

Posted 2023-04-20 liwen01

前言

在嵌入式linux设备中,uboot的最终目的就是启动kernel。对于uboot而言，没有人把它引导起来，所以uboot首先需要把自己加载起来，然后再去引导kernel的启动，这也就可以大致的分为Uboot启动的第一阶段和第二阶段。

(一)start.S第一阶段启动总结

在海思hi3251a官方的《Hi3521A_PINOUT_CN》手册上有上电锁存管脚BOOTROM_SEL，这个是引脚用来定义是从BOOTROM启动还是从spi flash启动 。

(1)BOOTROM启动

当启动模式为从 BOOTROM 启动时，海思的BOOTROM的程序会去初始化串口，然后与海思的HiBurn工具建立通信

如果能建立通信，则启动HiBurn升级uboot程序流程，如果不能与HiBurn建立连接，等待一段时间之后它就转去从外部的spi flash启动

(2)HiBurn 烧入原理

HiBurn烧入的基本原理是，HiBurn工具与BOOTROM程序建立连接之后，先下载uboot程序的开始4KB数据到海思芯片的内部RAM

然后通过下载的那一小部分uboot代码去初始化外部的DDR，如果DDR初始化成功，HiBurn再将剩下的uboot程序下载到外部的DDR中去

最后是在DDR中启动uboot,如果要进行烧入操作，是通过DDR中的Uboot程序，发送uboot命令将DDR中的uboot程序烧入到外部的flash中去，这样就实现了uboot程序的升级。

(3)spi flash启动

海思的hi3521a芯片支持从 SPI NOR Flash 和 SPI NAND Flash 直接启动，它的启动也就是我们start.s中的大部分实现。主要做的工作有：

1. 初始化CPU相关功能(关缓存，关MMU,设置SVC模式等)
2. 将异常中断向量表重定向到内部RAM
3. 将uboot代码重定向到外部DDR中
4. 设置栈空间
5. 清空BSS段
6. 最后调用C语言接口去执行C语言代码实现第二阶段的启动。
   第一阶段在执行之后，在DDR中的映射空间的数据分布如下：

(二)start_armboot第二阶段启动总结

在uboot的启动的第二阶段，主要做的是：

1. 初始化变量和结构体
2. 重定向环境变量
3. 初始化堆管理器
4. 初始化环境变量
5. 进入命令处理循环

在命令处理循环中，默认Uboot是超时等待用户命令输入

如果有检测到命令的输入，则执行相应的命令，如果超时没有命令输入，uboot默认执行的bootm命令进行kernel启动引导。

这里涉及到两个比较总要的点：环境变量的重定向和uboot命令处理。

(1)环境变量重定向

在uboot第二阶段的时候,uboot会去检测flash中环境变量的地址中环境变量是否有效，如果有效，则使用flash中的环境变量值来初始化uboot运行中的环境变量，如果flash中的环境变量无效，则使用默认的环境变量来初始化运行中的uboot。

在uboot的用户命令操作过程中，如果有对环境变量进行修改，都是修改的内存中的那一份环境变量，如果要将修改的环境变量保存到flash中去，则需要运行命令saveenv
uboot在flash的分布如下：

uboot.bin烧入到flash的0地址位置,boot.bin里面的数据就是按我们连接脚本中的数据那样分布。在0x80000（512KB）开始的位置就是环境变量的在flash的位置,其大小为256KB。

(2)uboot命令处理

在启动的最后阶段，就是执行uboot的bootm命令，主要就是uboot将kernel程序从flash中复制到内存去，然后就是检验kernel镜像文件的有效性，设置uboot传递给kernel的参数，设置kernel启动的环境(比如关缓存，关中断，CPU处于SVC模式等)

最后就是通过一个函数指针指向kernel的启动地址，调用该函数实现uboot到kernel的运行。

在这个过程中，启动参数和机器码同时传递给kernel,关于参数传递，实际在这里是通过寄存器间参数的地址传递给了kernel。

(3)参数传递

C语言进行函数调用的时候，常常会传递给被调用的函数一些参数，对于这些C语言级别的参数，被编译器翻译成汇编语言的时候，就要找个地方存放一下，并且让被调用的函数能够访问，否则就没发实现传递参数了。对于找个地方放一下，分两种情况。

1. 一种情况是，本身传递的参数就很少，就可以通过寄存器传送参数。因为在前面的保存现场的动作中，已经保存好了对应的寄存器的值，那么此时，这些寄存器就是空闲的，可以供我们使用的了，那就可以放参数，而参数少的情况下，就足够存放参数了，比如参数有2个，那么就用r0和r1存放即可。

2. 另外一种情况是，如果参数太多，寄存器不够用，那么就得把多余的参数堆栈中了。即，可以用堆栈来传递所有的或寄存器放不下的那些多余的参数。

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从零开始在海思芯片上部署ubootkernelrootfsmpp

前言

本文介绍的是拿到海思芯片的开发板和海思的SDK开发包，在裸机上部署uboot、kernel、rootfs、mpp的过程，其中不涉及uboot、kernel、rootfs、mpp的细节，主要是介绍如何使用开发包快速的将海思芯片跑起来。(这里的裸机是指海思芯片就是出厂的状态，连uboot都没有)。本文大体上是从逻辑上讲解如何部署海思SDK，并不能保证你能按着文章讲解的顺序就能畅通无阻的完成SDK的部署。光是编译uboot、kernel、rootfs就可能遇到很多错误，每个人的开发环境不同，遇到的错误也不一样，在这里不讲解可能遇到的错误，有问题就去百度。

1.芯片介绍

我用的是HI3518EV200这款芯片，现在来看这款芯片的性能并不算好，但是只用该芯片做单纯录像的监控设备，性能还是足够的，如果想要跑算法就显得性能不足了。该款芯片内置64M的内存，可以不用外接内存就可以运行，SDRAM的地址范围：80000000-83FFFFFF，我的开发板是外接的16M的spi flash，将来uboot、kernel、rootfs都烧录到spi flash中。

2.部署的思路

（1）首先是搭建开发环境，我是用PC端来开发的，要自己装虚拟机搭建环境，比较麻烦，公司开发都是服务器上进行开发，不用自己搭建环境；
（2）熟悉SDK包，了解目录的结构，找到与编译生成uboot、kernel、rootf1s相关的内容，看文档和编译脚本。
（3）在虚拟机中编译生成uboot、kernel、rootf1s的镜像，；
（4）将uboot、kernel、rootf1s烧录进海思芯片里；
（5）部署mpp：将海思相关的.ko文件和.so文件都拷贝到设备的目录里加载好；
（6）编译SDK包里的sample程序，如果示例程序能在海思芯片上正常运行，说明此次部署已经成功；
（7）后期展望：按照SDK去部署系统是比较基础的，没有针对设备进行优化，比如uboot、kernel、rootfs都是可以针对设备进行精简的，这样可以节省内存，用不上的.ko和.so也不必拷贝到设备里。

3.环境搭建

（1）编译环境：Windows+VMware+Ubuntu；
（2）在虚拟机里搭建好samba服务器、tftp服务器、nfs服务器，调试好网络，确认设备可以通过网络连接上虚拟机；
（3）确认PC和设备可以通过终端模拟软件进行串口通信；

3.SDK开发包的使用：

（1）游览《Hi3518EV20X／Hi3516CV200 U-boot 移植应用开发指南》和《Hi3518EV20X／Hi3516CV200 Linux开发环境用户指南》，里面讲解的是开发环境的搭建和U-boot的移植；
（2）将“Hi3518E_SDK_V1.0.3.0.tgz”压缩包拷贝到Linux环境中进行解压，可以通过共享文件夹或者Samba服务器，推荐共享文件夹；
（3）将压缩包解压开后，可以看到两个脚本文件：sdk.cleanup和sdk.unpack。先执行source sdk.cleanup清除掉整个目录里的中间文件、解压文件、目标文件，确保目录里的文件都是干净的；然后执行source sdk.unpack，将目录里的压缩包都解压开。

4.制作uboot、kernel

（1）安装交叉工具编译链：交叉工具编译链在“Hi3518E_SDK_V1.0.3.0/osdrv/opensource/toolchain/”路径下，有arm-hisiv300-linux和arm-hisiv400-linux两个交叉工具编译链，arm-hisiv300-linux对应uclibc库，arm-hisiv400-linux对应glibc库，自己根据需求选择一个安装。在交叉工具编译链的目录下有个cross.install.v300脚本文件，执行该脚本文件会自动安装交叉工具编译链。该脚本会安装交叉工具编译链并创建链接符号，我们需要将创建的那个路径导出到环境变量PATH里。具体的细节查看cross.install.v300文件。对交叉工具编译链安装不熟悉的可以参考《交叉编译工具链的安装以及介绍》。
（2）安装32位的兼容包：交叉工具编译链是32位的，我的Ubuntu是64位的，所以需要安装lib32z1，因为编译还涉及C++编译还需要装lib32stdc++6-4.8-dbg，推荐使用aptitude进行安装。
（3）将“Hi3518E_SDK_V1.0.3.0/osdrv/opensource/uboot/u-boot-2010.06/tools”路径下的mkimage拷贝到**/usr/local/lib目录下，这是制作镜像需要用到的。
（4）制作uboot、kernel、rootfs:“Hi3518E_SDK_V1.0.3.0/osdrv”目录里的内容就是制作镜像的,Makefile文件是编译脚本，该Makefile的使用方法看同目录下的readme_cn.txt**文件。理论上来说，按照readme_cn.txt的说明可以直接一条命令就可以生成uboot、kernel、rootfs三个镜像文件，实际编译过程会遇到很多问题。遇到问题就研究Makefile文件或者百度，我反正当时被折磨的够呛。
（5）最终得到三个镜像文件：rootfs_hi3518ev200_64k.jffs2、u-boot-hi3518ev200.bin、uImage_hi3518ev200。
特别提醒：制作rootfs时注意文件系统的格式和flash的块大小，这些在readme_cn.txt都有说明。

5.烧写uboot

1.uboot的烧写参考博客《海思烧录工具HiTool的使用方法以及烧录uboot》和《用HiTool烧写uboot到spi flash的原理》。
2.将uboot烧写到0x0起始地址处；

6.烧写kernel、rootfs

已经部署好uboot就不用再使用HiTool进行烧录了，用uboot进行烧写更方便，下面将uboot、kernel、rootfs都再重新烧写一遍。

6.1 分区表：

分区名              分区大小            起始地址              截至地址
bootloader：    1M                      0x00000000        0x00100000
kernel：            3M                     0x00100000        0x00400000
rootfs:               12M                   0x00400000         0x01000000
解析：spi flash总共有16M，uboot有266kb，kerner有2.6M，rootfs有4.8M。所以uboot分配1M的地址空间，kernel分配3M，剩下的12M全部分配给rootfs。分区的原则有两个：首先是每个分区要能放得下镜像文件，还有就是有扩展余地，适当多分配一点。

6.2 搭建好tftp下载的环境：

在前期的环境搭建中就在虚拟机中搭建好了tftp服务器，现在只需要将uboot中的serverip改为虚拟机的ip地址，确保开发板可以ping通虚拟机。将uboot、kernel、rootfs的镜像放到虚拟机的tftp目录下，接下来就利用tftp下载烧录镜像。

6.3 烧录的说明：

本次是利用uboot的命令进行烧录，因为前面已经将uboot烧录到了开发板，但是为了烧录的完整性，接下来还会把uboot重新烧录一遍。这里有一些隐含的知识点：1.HI3518EV200芯片的内置内存的地址范围是80000000-83FFFFFF；2.spi flash的起始地址是0x0，且只外接了一块spi flash；spi flash的写操作顺序：选中、擦除、写入；3.uboot、kernel、rootfs烧录到flash的位置要严格按照分区表进行;4.海思芯片的内存是分为系统内存和mmz内存，系统内存由kernel管理，mmz由海思内部管理；5.接下来的操作都是进入到uboot里输入命令进行烧录；

6.3 重新烧录uboot

tftp更新并重新烧写uboot的命令序列：
（1）mw.b 0x82000000 ff 0x100000 //擦除内存：在0x82000000起始地址处按字节写入ff，长度为0x100000(1M)
（2）tftp 0x82000000 u-boot-hi3518ev200.bin //通过tftp命令，将虚拟机tftp目录下的uboot镜像烧录到0x82000000起始的内存处
（3）sf probe 0 //选中spi flash,因为只外接了一片flash，所以是probe 0
（4）sf erase 0x0 0x100000 //从0x0起始，擦除1M大小的地址空间
（5）sf write 0x82000000 0x0 0x100000 //将从0x82000000地址处开始，长度为1M大小的数据写入到0x0地址起始处。也就是把刚才写到内存里的uboot镜像写入到flash中

6.4 烧录kernel

tftp更新并重新烧写kernel的命令序列：
(1)mw.b 0x82000000 ff 0x300000
(2)tftp 0x82000000 uImage_hi3518ev200
(3)sf probe 0
(4)sf erase 0x100000 0x300000
(5)sf write 0x82000000 0x100000 0x300000
备注：以上命令不再解释，和烧录uboot是一样的，只是烧写的地址不一样，结合分区表来看就很容易理解。

6.5 烧录rootfs

tftp更新并重新烧写rootfs的命令序列：
(1)mw.b 0x82000000 ff 0xc00000
(2)tftp 0x82000000 rootfs_hi3518ev200_64k.jffs2
(3)sf probe 0
(4)sf erase 0x400000 0xc00000
(5)sf write 0x82000000 0x400000 0xc00000
备注：以上命令不再解释，和烧录uboot是一样的，只是烧写的地址不一样，结合分区表来看就很容易理解。

6.6设置正确的bootcmd和bootargs

6.6.1 设置bootcmd

命令：set bootcmd ‘sf probe 0;sf read 0x82000000 0x100000 0x300000;bootm 0x82000000’
解析：这是uboot启动的命令，作用是加载kernel。
（1）sf probe 0：选中spi flash；
（2）sf read 0x82000000 0x100000 0x300000：从0x100000地址处读取0x300000（3M）大小的数据到0x82000000地址处。就是将保存到flash的kernel读取到内存中，刚好和我们的烧录是逆过程。
（3）bootm 0x82000000：加载kernel。

6.6.2 设置bootargs

命令：set bootargs mem=32M console=ttyAMA0,115200 root=/dev/mtdblock2 rootfstype=jffs2 mtdparts=hi_sfc:1024K(boot),3072K(kernel),12288K(rootfs)
解析：这是启动uboot的传参，指定一些关键的参数。
（1）mem=32M：这里指明系统分配内存32M（总共有64M的内存）；
（2）console=ttyAMA0,115200：系统控制台的波特率是115200
（3）root=/dev/mtdblock2：rootfs在第二个分区（按0、1、2来计数的），对应分区表的第三个分区；
（4）rootfstype=jffs2 ：根文件系统的格式是jffs2；
（5）mtdparts=hi_sfc:1024K(boot),3072K(kernel),12288K(rootfs)：系统有三个分区：uboot占1M、kernel占3M、rootfs占12M，刚好分配完16M的flash；

7.部署mpp

mpp的部署参考博客《海思芯片部署MPP并验证功能》。