基于cortex-A8的Bootloader設計

圖2 U-Boot第一階段啟動流程

U-Boot上電后首先會設置cpu為管理模式，禁用L1緩存，關閉MMU和清除caches。之后會調用底層初始化函數lowlevel_init()。該函數實現如下：

.globl lowlevel_init

lowlevel_init:

push {lr}

#if defined(CONFIG_SPL_BUILD)

/* 初始化時鐘 */

bl system_clock_init

/* 初始化內存 */

bl mem_ctrl_asm_init

/* 初始化串口 */

bl uart_asm_init

#endif

pop {pc}

上述代碼中system_clock_init(), mem_ctrl_asm_init(),uart_asm_init()這三個函數需要開發(fā)者結合具體硬件環(huán)境進行修改和實現。

初始化完成之后，U-Boot會調用一個拷貝函數將BL2拷貝到內存地址為0x3FF00000處，然后跳轉到該位置執(zhí)行BL2。在U-Boot中，BL1 和BL2是基于相同的一些源文件編譯生成的。開發(fā)者在編寫代碼時需要使用預編譯宏CONFIG_SPL_BUILD來實現BL1和BL2不同的功能。其拷貝函數實現如下：

void copy_code_2_sdram_and_run(void)

{

unsigned long ch;

void (*u_boot)(void);

ch = *(volatile unsigned int *)(0xD0037488); /* 根據該地址的值判斷傳輸通道 */

/* copy_bl2()函數不需要開發(fā)者去實現，s5pv210在出廠時已經固化在了0xD0037F98地址處 */

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)(); /* 跳轉到該地址執(zhí)行 */

}

值得注意的是以上代碼中，copy_bl2()函數不需要開發(fā)者去實現，s5pv210在出廠時已經將該函數固化在了0xD0037F98地址處。其函數原型如下：

u32 (*copy_sd_mmc_to_mem)(u32 channel, u32 start_block, u16 block_size, u32 *trg, u32 init);

/*

參數介紹：

channel：通道數2或0，該值通過讀取0xD0037488地址上的值判斷。

start_block：從第幾個扇區(qū)開始拷貝，一個扇區(qū)為512byte。

block_size：拷貝多少個扇區(qū)，這里拷貝512K

trg：目的地址：0x3FF00000, 即離內存頂部1M的位置

init：是否需要初始化sd卡，寫0即可。

*/

2.3.2 第二階段初始化

U-Boot進入第二階段后會首先聲明一個gd_t結構體類型的指針指向內存地址(0x40000000 - GD_SIZE)處。0x40000000為內存結束地址，GD_SIZE為結構體gd_t的大小。這樣相當于在內存最頂端分配了一段空間用于存放一個臨時結構體gd_t。該結構體在global_data.h中被定義，U-Boot用它來存儲所有的全局變量。之后U-Boot會調用 board_init_f()和board_init_r()兩個函數進一步對底板進行初始化。

(1)board_init_f()

進入board_init_f()之后，U-Boot首先設置之前分配的臨時結構體，然后開始劃分內存空間，其內存分配示意圖如下：

圖3 U-Boot內存分配狀態(tài)

從內存分配狀態(tài)圖中我們可以看到，gd指針指向的臨時結構體存放在內存的最頂部。BL2代碼存放在內存地址0x3ff00000處，即距離內存頂部1M空間的位置。接下來依次分配malloc空間，bd_t結構體空間和gd_t結構體空間，并且重新設置棧。最后將臨時結構體拷貝到id指針所指向的位置。 board_init_f()實現過程大致如下：

unsigned int board_init_f(ulong bootflag)

{

memset((void *)gd, 0, sizeof(gd_t));

...

設置gd結構體;

...

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()負責對其他硬件資源進行初始化。如網卡、Flash、MMC、中斷等。最后調用main_loop()，等待用戶輸入命令。

3 設計實現

3.1 支持Nand Flash讀寫

Nand Flash是嵌入式系統(tǒng)中重要的存儲設備，其儲存對象包括Bootloader本身，操作系統(tǒng)內核，環(huán)境變量，根文件系統(tǒng)等，所以使能Nand Flash讀寫是U-Boot移植過程中必須完成的一個步驟。U-Boot中Nand Flash初始化函數調用關系為：

board_init_r()->nand_init()->nand_init_chip()->board_nand_init()。

board_nand_init() 完成兩件事：(1)對s5pv210關于Nand Flash控制器的相關寄存器進行設置。(2)對nand_chip結構體進行設置。我們需要設置的成員項有IO_ADDR_R，IO_ADDR_W，這兩個成員都指向地址0xB0E00010，即 Nand Flash控制器的數據寄存器的地址。另外還需要實現以下三個成員函數：

① void (*select_chip)(struct mtd_info *mtd, int chip);

該函數實現Nand Flash設備選中或取消選中。

② void (*cmd_ctrl)(struct mtd_info *mtd, int dat, unsigned int ctrl);