第二章Tiny4412 U-BOOT移植二 启动分析

Posted 2020-09-30 请给我倒杯茶

本文转载自:http://blog.csdn.net/eshing/article/details/37521481

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一、启动过程说明

       讲解启动过程，首先的源头就是打开电源，这个相信没人人不知道。CPU上电后，此时SP指针指向0x0000_0000，从这个地址取第一条指令。但此时：PLL没有启动，CPU工作频率为外部输入晶振频率，非常低(Exynos4412芯片边上有一颗24MHz，一颗27MHz，一颗32.768KHz)；CPU的工作模式、中断设置等不确定；存储空间的各个BANK(包括内存)都没有驱动，内存(tiny4412用的DDR3)不能使用。在这种情况下必须在第一条指令处做一些初始化工作，这段初始化程序与操作系统独立分开，称之为Bootloader。下面以Samsung的U-BOOT：U-Boot-samsung-dev.tar.bz2为例进行移植说明。

友善之臂Tiny4412用的是三星公司的Exynos4412，在开始U-BOOT的移植之前，有必要弄清楚Exynos4412的启动过程，查看手册的第5章BootingSequence有详细的说明。

Exynos4412可以从四个地方开始启动：NAANDFlash，SD/MMC，eMMC，USB设备。

如下图2-1所示，一般的CPU的启动过过程如下：

先来说明图上几个名词：

1、iROM(BL0)：是指Exynos4412的iROM中固化的启动代码,其作用是初始化系统时钟，设置看门狗，初始化堆和栈，加载8kb的bl1到Exynos4412的一个64kb大小内部sram(Internal SRAM)中运行，它在内部ROM上执行。

2、Firstboot loader(BL1)：是批在iRAM自动从外扩存储器(nand/sd/usb)中拷贝的uboot.bin二进制文件的头最大16K代码，其作用：初始化RAM,关闭Cache，设置栈，加载BL2。这一段代码Samsung可能会给提供。

3、Secondboot loader(BL2)：是指在代码重定向后在内存中执行的uboot的完整代码，作用：初始化其它外设，加载OS内核，所以这一段代码是和特定的平台相关联的，我们主要会修改的也是这段代码。

由图1-1可知，一上电就由OMPIN来决定了启动方式，然后(InteralROM固化代码)iROM进行执行，进行相关初始化工作后，将BL1(bootloader的前16KB--BL1)加载到iRAM中；BL1然后在iRAM中运行后，初始化工作完成再将BL2(剩下的bootloader)加载到SDRAM；BL2再加载内核OS，把OS在DRAM中运行起来，最终OS是运行在DRAM(内存)中的。

 

图2-1、启动顺序图

以下来详细说明，看英文介绍：

? 1、iROM is placed in internal 64 KB ROM. Itinitializes basic system functions such as clock and stack.

? 2、iROM loads BL1 image from a specificbooting device to internal 256 KB SRAM. The booting device is

selected by Operating Mode (OM) pins.According to the secure boot key values, iROM may do an integrity

check on BL1 image.

? 3、BL1 initializes system clock, and DRAMcontroller. After initializing DRAM controller, it loads OS image from

the booting device to DRAM. According tothe secure boot key values, BL1 can do an integrity check on the

OS image.

?4、Afterthe booting completes, BL1 jumps to the operating system.

iROM reads the OM pins to find thebooting device. The OM register provides the OM pin and other informationrequired for booting. Refer to Section 4, "Chip ID" for moreinformation on OM register. The OM pin decides the booting devices such asNAND, MoviNAND, and iNAND. USB booting is provided for system debugging andflash reprogramming, not for normal booting.

好，来给大家在说一次：

1、    iROM是存储在内部的64KROM中的，他主要进行CPU的时钟，堆栈等基本初始化工作。

2、    iROM从启动外设加载BL1到内部256KB的SRAM中，启动外设是由OM来决定的，根据安全启动设置值，iROM可能会较验BL1镜像文件。

3、    BL1初始化内部系统时钟和DRAM控制器，在初始化完成DRAM控制器，开始加载OS镜像文件，根据安全启动设置值，BL1可能会较验OS镜像文件。

4、    等待启动完成后，BL1就跳转到操作系统进行执行。

大家可能觉得会奇怪不是由BL2来加载OS的嘛，这个我也不是很明白，我也是刚学习，边学边写，为的是自己能记住，我觉得原因可能是现在芯片内部的SRAM空间越来载大了，Exynos4412内部有256K的空间，有足够空间让一次性完成所有的初始化和加载OS的工作，且大家都知道BL1和BL2都是用来初始化的，所以没有必要分两次加载镜像文件了吧。这样也省去复制两次代码的工作吧，其实，手册第5章一开始也提到了BL2程序，从一开始我们还可以认为是BL1也是由三星提供的，而BL2是用户自己写的，但这里又没有提到，有可能手册写作上也有一定的疏忽吧，总之手册里的内容也可能会存在一些微小的错误吧，也不能尽信。

上面说到OM决定着启动方式，那OM是什么？接着看手册上，可以看到，下面说明OMpin不同设置可以启动模式，从不同的外设加载程序，如SD卡，NANDFlash等，查看Tiny4412的电路图如下图2-2所示：

 

图2-2、OM电路启动外设设置图

由上可知XOM0,XOM1,XOM4,XOM5都设置成0，那么主要看XOM2和XOM3了，这两个脚分别接在74LVC1G04输入和输出上，查看74LVC1G04芯片手册可知其是一个反向器，XOM2接1时，XOM3为0，XOM2接0时，XOM3为1，查看下面的表可其电路板设计了两种启动方式，一种是SD卡、另一种是INADD。这个启动方式主要由电路板上开关决定。

说了这么多了，再好好的来总结一下启动初始化过程，下面的初始化过程是一个通用的说法，这里虽不是针对Tiny4412启动代码分析出来的，但总体过程大家都差不多，可供参考嘛，接着说，在这个过程中，U-Boot其实严格来说有三段，因为第一段是在iROM中，由三星公司给我们写好了，所以，通常，将片内的bootloader称为BL0，而片外Bootloader，也就是在NANDFLASH(或SD卡)的bootloader，我们称为BL1,BL2。我们片外的U-Boot启动通常被分为了两个阶段：

1、第一阶段代码

arch/arm/cpu/armv7/start.S

1).设置异常向量地址

2).设置SVC32模式(ARM七种工作模式)

3).cpu_init_crit

清TLB(页面缓存)、关MMU及Cache等

4).转入低级初始化lowlevel_init

主要是对时钟、片外内存(DDR3)、串口、nand(这里初始化nand主要是为第二阶段搬内核到内存而准备的)等进行初始化

5).判断启动开关进行自搬移，注意这里就和OM设置有关系了。

6).跳转到C入口board_init_f()

 

2、第二阶段代码

1).board_init_f()

A.gd_t数据结构空间分配

B.回调一组初始化函数

C.对gd_t数据结构进行初始化

D.relocate_code(U-Boot重定义代码，即自搬移)

2).board_init_r()

A.使能Cache

B.板子初始化

C.串口初始化

D.外存初始化

E.环境变量初始化

F.控制台初始哗

G.中断使能

H.以太网初始化

I. 进入main_loop()，等待命令或自动加载内核

 

先看硬件，CPU时钟、NANDFLASH、DDR、串口、网卡，至少这些硬件，是我们需要在U-Boot的启动过程中完成初始化的，其余的细节问题，看我能力，至少，前面的这些硬件，是U-Boot在启动过程，做自搬移，及最终引导内核前必须要用到的，OK，为了理解U-Boot源码中那些硬件操作汇编代码，我们先看看这些硬件的工作原理是如何的。然后就好分析代码了。

       网上一位大牛的博客：http://blog.csdn.net/zsy2020314/article/details/9824035

其基于tiny210也进行分析了启动过程，大家可以再去看看，下面一些内容和图来自于此。

虽然我是要去分析Exynos4412的启动过程，但在s5pv210_irom_application手册中，对启动过程几个阶段的流程有详细描述，见下图2-3所示，而我又找不到Exynos4412的类似说明文档，大家还是凑合着看看吧。

 

图2-3、S5PV210启动顺序图

启动过程原理

必须要明白的一点是，当代码从存储介质(nand flash，SD，norflash，onenand等)中搬运到了DRAM中后随即会跳转到内存中运行U-Boot，接着会有一个重定位(relocate_code)的过程，relocate_code子函数在start.S中，而给relocate_code子函数传参数的是crt0.S中的main子函数。当判断到当前U-Boot在内存的低地址处，那么relocate_code就会工作，把U-Boot代码从低地址处再搬运到内存地址的顶端，然后跳转到新的位置去继续运行U-Boot。而搬运的目标地址是在board_init_f()函数(此函数在/arch/arm/lib/board.c中)中计算出来的，见图2-4。

 

图2-4、U-BOOT重定位示意图

下面，以start.S为主线，画出了其程序流程图，如图1-5所示、图中同样也表现出启动的整个流程和启动代码文件间的组织关系。大家可以先看看，然后以tiny210的代码来参考，一行一行的分析，相信花点时间，大家应是可以看明白这个流程的。

 

图2-5、start.s启动流程图

 

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