http://blog.csdn.net/ooonebook/article/details/52957395

以下例子都以project X项目tiny210(s5pv210平台,armv7架构)为例。

[uboot] uboot流程系列: 
[project X] tiny210(s5pv210)上电启动流程(BL0-BL2) 
[uboot] (第一章)uboot流程——概述 
[uboot] (第二章)uboot流程——uboot-spl编译流程

建议参考文章 
[kernel 启动流程] (第二章)第一阶段之——设置SVC、关闭中断 
[kernel 启动流程] (第六章)第一阶段之——打开MMU 
ARM的CP15协处理器的寄存器

建议先看《[project X] tiny210(s5pv210)上电启动流程(BL0-BL2)》,根据例子了解一下上电之后的BL0\BL1\BL2阶段,以及各个阶段的运行位置,功能。

========================================================================================================

一、说明

1、uboot-spl入口说明

通过uboot-spl编译脚本project-X/u-boot/arch/arm/cpu/u-boot-spl.lds

ENTRY(_start)

所以uboot-spl的代码入口函数是_start 
对应于路径project-X/u-boot/arch/arm/lib/vector.S的_start,后续就是从这个函数开始分析。

2、CONFIG_SPL_BUILD说明

前面说过,在编译SPL的时候,编译参数会有如下语句: 
project-X/u-boot/scripts/Makefile.spl

KBUILD_CPPFLAGS += -DCONFIG_SPL_BUILD

所以说在编译SPL的代码的过程中,CONFIG_SPL_BUILD这个宏是打开的。 
uboot-spl和uboot的代码是通用的,其区别就是通过CONFIG_SPL_BUILD宏来进行区分的。

二、uboot-spl需要做的事情

CPU初始刚上电的状态。需要小心的设置好很多状态,包括cpu状态、中断状态、MMU状态等等。 
在armv7架构的uboot-spl,主要需要做如下事情

  • 关闭中断,svc模式
  • 禁用MMU、TLB
  • 芯片级、板级的一些初始化操作 
    • IO初始化
    • 时钟
    • 内存
    • 选项,串口初始化
    • 选项,nand flash初始化
    • 其他额外的操作
  • 加载BL2,跳转到BL2

上述工作,也就是uboot-spl代码流程的核心。

三、代码流程

1、代码整体流程

代码整体流程如下,以下列出来的就是spl核心函数。 
_start———–>reset————–>关闭中断 
………………………………| 
………………………………———->cpu_init_cp15———–>关闭MMU,TLB 
………………………………| 
………………………………———->cpu_init_crit————->lowlevel_init————->平台级和板级的初始化 
………………………………| 
………………………………———->_main————–>board_init_f_alloc_reserve & board_init_f_init_reserve & board_init_f———->加载BL2,跳转到BL2 
board_init_f执行时已经是C语言环境了。在这里需要结束掉SPL的工作,跳转到BL2中。

2、_start

上述已经说明了_start是整个spl的入口,其代码如下: 
arch/arm/lib/vector.S

_start:
#ifdef CONFIG_SYS_DV_NOR_BOOT_CFG
.word CONFIG_SYS_DV_NOR_BOOT_CFG
#endif
b reset

会跳转到reset中。 
注意,spl的流程在reset中就应该被结束,也就是说在reset中,就应该转到到BL2,也就是uboot中了。 
后面看reset的实现。

3、reset

建议先参考[kernel 启动流程] (第二章)第一阶段之——设置SVC、关闭中断,了解一下为什么要设置SVC、关闭中断以及如何操作。

代码如下: 
arch/arm/cpu/armv7/start.S

    .globl  reset
.globl save_boot_params_ret reset:
/* Allow the board to save important registers */
b save_boot_params
save_boot_params_ret:
/*
* disable interrupts (FIQ and IRQ), also set the cpu to SVC32 mode,
* except if in HYP mode already
*/
mrs r0, cpsr
and r1, r0, #0x1f @ mask mode bits
teq r1, #0x1a @ test for HYP mode
bicne r0, r0, #0x1f @ clear all mode bits
orrne r0, r0, #0x13 @ set SVC mode
orr r0, r0, #0xc0 @ disable FIQ and IRQ
msr cpsr,r0
@@ 以上通过设置CPSR寄存器里设置CPU为SVC模式,禁止中断
@@ 具体操作可以参考《[kernel 启动流程] (第二章)第一阶段之——设置SVC、关闭中断》的分析 /* the mask ROM code should have PLL and others stable */
#ifndef CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT
bl cpu_init_cp15
@@ 调用cpu_init_cp15,初始化协处理器CP15,从而禁用MMU和TLB。
@@ 后面会有一小节进行分析 bl cpu_init_crit
@@ 调用cpu_init_crit,进行一些关键的初始化动作,也就是平台级和板级的初始化
@@ 后面会有一小节进行分析
#endif bl _main
@@ 跳转到主函数,也就是要加载BL2以及跳转到BL2的主体部分

4、cpu_init_cp15

建议先参考[kernel 启动流程] (第六章)第一阶段之——打开MMU两篇文章的分析。 
cpu_init_cp15主要用于对cp15协处理器进行初始化,其主要目的就是关闭其MMU和TLB。 
代码如下(去掉无关部分的代码): 
arch/arm/cpu/armv7/start.S

ENTRY(cpu_init_cp15)
/*
* Invalidate L1 I/D
*/
mov r0, #0 @ set up for MCR
mcr p15, 0, r0, c8, c7, 0 @ invalidate TLBs
mcr p15, 0, r0, c7, c5, 0 @ invalidate icache
mcr p15, 0, r0, c7, c5, 6 @ invalidate BP array
mcr p15, 0, r0, c7, c10, 4 @ DSB
mcr p15, 0, r0, c7, c5, 4 @ ISB
@@ 这里只需要知道是对CP15处理器的部分寄存器清零即可。
@@ 将协处理器的c7\c8清零等等,各个寄存器的含义请参考《ARM的CP15协处理器的寄存器》 /*
* disable MMU stuff and caches
*/
mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0
bic r0, r0, #0x00002000 @ clear bits 13 (--V-)
bic r0, r0, #0x00000007 @ clear bits 2:0 (-CAM)
orr r0, r0, #0x00000002 @ set bit 1 (--A-) Align
orr r0, r0, #0x00000800 @ set bit 11 (Z---) BTB
#ifdef CONFIG_SYS_ICACHE_OFF
bic r0, r0, #0x00001000 @ clear bit 12 (I) I-cache
#else
orr r0, r0, #0x00001000 @ set bit 12 (I) I-cache
#endif
mcr p15, 0, r0, c1, c0, 0
@@ 通过上述的文章的介绍,我们可以知道cp15的c1寄存器就是MMU控制器
@@ 上述对MMU的一些位进行清零和置位,达到关闭MMU和cache的目的,具体的话去看一下上述文章吧。 ENDPROC(cpu_init_cp15)

5、cpu_init_crit

cpu_init_crit,进行一些关键的初始化动作,也就是平台级和板级的初始化。其代码核心就是lowlevel_init,如下 
arch/arm/cpu/armv7/start.S

ENTRY(cpu_init_crit)
/*
* Jump to board specific initialization...
* The Mask ROM will have already initialized
* basic memory. Go here to bump up clock rate and handle
* wake up conditions.
*/
b lowlevel_init @ go setup pll,mux,memory
ENDPROC(cpu_init_crit)

所以说lowlevel_init就是这个函数的核心。 
lowlevel_init一般是由板级代码自己实现的。但是对于某些平台来说,也可以使用通用的lowlevel_init,其定义在arch/arm/cpu/lowlevel_init.S中 
以tiny210为例,在移植tiny210的过程中,就需要在board/samsung/tiny210下,也就是板级目录下面创建lowlevel_init.S,在内部实现lowlevel_init。(其实只要实现了lowlevel_init了就好,没必要说在哪里是实现,但是通常规范都是创建了lowlevel_init.S来专门实现lowlevel_init函数)。

在lowlevel_init中,我们要实现如下: 
* 检查一些复位状态 
* 关闭看门狗 
* 系统时钟的初始化 
* 内存、DDR的初始化 
* 串口初始化(可选) 
* Nand flash的初始化

下面以tiny210的lowlevel_init为例(这里说明一下,当时移植tiny210的时候,是直接把kangear的这个lowlevel_init.S文件拿过来用的) 
这部分代码和平台相关性很强,简单介绍一下即可 
board/samsung/tiny210/lowlevel_init.S

lowlevel_init:
push {lr} /* check reset status */ ldr r0, =(ELFIN_CLOCK_POWER_BASE+RST_STAT_OFFSET)
ldr r1, [r0]
bic r1, r1, #0xfff6ffff
cmp r1, #0x10000
beq wakeup_reset_pre
cmp r1, #0x80000
beq wakeup_reset_from_didle
@@ 读取复位状态寄存器0xE010_a000的值,判断复位状态。 /* IO Retention release */
ldr r0, =(ELFIN_CLOCK_POWER_BASE + OTHERS_OFFSET)
ldr r1, [r0]
ldr r2, =IO_RET_REL
orr r1, r1, r2
str r1, [r0]
@@ 读取混合状态寄存器E010_e000的值,对其中的某些位进行置位,复位后需要对某些wakeup位置1,具体我也没搞懂。 /* Disable Watchdog */
ldr r0, =ELFIN_WATCHDOG_BASE /* 0xE2700000 */
mov r1, #0
str r1, [r0]
@@ 关闭看门狗 @@ 这里忽略掉一部分对外部SROM操作的代码 /* when we already run in ram, we don't need to relocate U-Boot.
* and actually, memory controller must be configured before U-Boot
* is running in ram.
*/
ldr r0, =0x00ffffff
bic r1, pc, r0 /* r0 <- current base addr of code */
ldr r2, _TEXT_BASE /* r1 <- original base addr in ram */
bic r2, r2, r0 /* r0 <- current base addr of code */
cmp r1, r2 /* compare r0, r1 */
beq 1f /* r0 == r1 then skip sdram init */
@@ 判断是否已经在SDRAM上运行了,如果是的话,就跳过以下两个对ddr初始化的步骤
@@ 判断方法如下:
@@ 1、获取当前pc指针的地址,屏蔽其低24bit,存放与r1中
@@ 2、获取_TEXT_BASE(CONFIG_SYS_TEXT_BASE)地址,也就是uboot代码段的链接地址,后续在uboot篇的时候会说明,并屏蔽其低24bit
@@ 3、如果相等的话,就跳过DDR初始化的部分 /* init system clock */
bl system_clock_init
@@ 初始化系统时钟,后续有时间再研究一下具体怎么配置的 /* Memory initialize */
bl mem_ctrl_asm_init
@@ 重点注意:在这里初始化DDR的!!!后续会写一篇文章说明一下s5pv210平台如何初始化DDR. 1:
/* for UART */
bl uart_asm_init
@@ 串口初始化,到这里串口会打印出一个'O'字符,后续通过写字符到UTXH_OFFSET寄存器中,就可以在串口上输出相应的字符。 bl tzpc_init #if defined(CONFIG_NAND)
/* simple init for NAND */
bl nand_asm_init
@@ 简单地初始化一下NAND flash,有可能BL2的镜像是在nand flash上面的。
#endif /* Print 'K' */
ldr r0, =ELFIN_UART_CONSOLE_BASE
ldr r1, =0x4b4b4b4b
str r1, [r0, #UTXH_OFFSET]
@@ 再串口上打印‘K’字符,表示lowlevel_init已经完成 pop {pc}
@@ 弹出PC指针,即返回。

当串口中打印出‘OK’的字符的时候,说明lowlevel_init已经执行完成。 
system_clock_init是初始化时钟的地方。 mem_ctrl_asm_init这个函数是初始化DDR的地方。后续应该有研究一下这两个函数。这里先有个印象。

6、_main

spl的main的主要目标是调用board_init_f进行先前的板级初始化动作,在tiny210中,主要设计为,加载BL2到DDR上并且跳转到BL2中。DDR在上述lowlevel_init中已经初始化好了。 
由于board_init_f是以C语言的方式实现,所以需要先构造C语言环境。 
注意:uboot-spl和uboot的代码是通用的,其区别就是通过CONFIG_SPL_BUILD宏来进行区分的。 
所以以下代码中,我们只列出spl相关的部分,也就是被CONFIG_SPL_BUILD包含的部分。 
arch/arm/lib/crt0.S

ENTRY(_main)

/*
* Set up initial C runtime environment and call board_init_f(0).
*/
@ 注意看这里的注释,也说明了以下代码的主要目的是,初始化C运行环境,调用board_init_f。
ldr sp, =(CONFIG_SPL_STACK)
bic sp, sp, #7 /* 8-byte alignment for ABI compliance */
mov r0, sp
bl board_init_f_alloc_reserve
mov sp, r0
/* set up gd here, outside any C code */
mov r9, r0
bl board_init_f_init_reserve mov r0, #0
bl board_init_f ENDPROC(_main)

代码拆分如下: 
(1)因为后面是C语言环境,首先是设置堆栈

    ldr sp, =(CONFIG_SPL_STACK)
@@ 设置堆栈为CONFIG_SPL_STACK bic sp, sp, #7 /* 8-byte alignment for ABI compliance */
@@ 堆栈是8字节对齐,2^7bit=2^3byte=8byte mov r0, sp
@@ 把堆栈地址存放到r0寄存器中

关于CONFIG_SPL_STACK,我们通过前面的文章《[project X] tiny210(s5pv210)上电启动流程(BL0-BL2)》 
我们已经知道s5pv210的BL1(spl)是运行在IRAM的,并且IRAM的地址空间是0xD002_0000-0xD003_7FFF,IRAM前面的部分放的是BL1的代码部分,所以把IRAM最后的空间用来当作堆栈。 
所以CONFIG_SPL_STACK定义如下: 
include/configs/tiny210.h

#define CONFIG_SPL_STACK    0xD0037FFF
  • 1
  • 1

注意:上述还不是最终的堆栈地址,只是暂时的堆栈地址!!!

(2)为GD分配空间

    bl  board_init_f_alloc_reserve
@@ 把堆栈的前面一部分空间分配给GD使用 mov sp, r0
@@ 重新设置堆栈指针SP /* set up gd here, outside any C code */
mov r9, r0
@@ 保存GD的地址到r9寄存器中

注意:虽然sp的地址和GD的地址是一样的,但是堆栈是向下增长的,而GD则是占用该地址后面的部分,所以不会有冲突的问题。 
关于GD,也就是struct global_data,可以简单的理解为uboot的全局变量都放在了这里,比较重要,所以后续有会写篇文章说明一下global_data。这里只需要知道在开始C语言环境的时候需要先为这个结构体分配空间。 
board_init_f_alloc_reserve实现如下 
common/init/board_init.c

ulong board_init_f_alloc_reserve(ulong top)
{
/* Reserve early malloc arena */
/* LAST : reserve GD (rounded up to a multiple of 16 bytes) */
top = rounddown(top-sizeof(struct global_data), 16);
// 现将top(也就是r0寄存器,前面说过存放了暂时的指针地址),减去sizeof(struct global_data),也就是预留出一部分空间给sizeof(struct global_data)使用。
// rounddown表示向下16个字节对其 return top;
// 到这里,top就存放了GD的地址,也是SP的地址
//把top返回,注意,返回后,其实还是存放在了r0寄存器中。
}

还有一点,其实GD在spl中没什么使用,主要是用在uboot中,但在uboot中的时候还需要另外分配空间,在讲述uboot流程的时候会说明。

(3)初始化GD空间 
前面说了,此时r0寄存器存放了GD的地址。

    bl  board_init_f_init_reserve

board_init_f_init_reserve实现如下 
common/init/board_init.c 
编译SPL的时候_USE_MEMCPY宏没有打开,所以我们去掉了_USE_MEMCPY的无关部分。

void board_init_f_init_reserve(ulong base)
{
struct global_data *gd_ptr;
int *ptr;
/*
* clear GD entirely and set it up.
* Use gd_ptr, as gd may not be properly set yet.
*/ gd_ptr = (struct global_data *)base;
// 从r0获取GD的地址
/* zero the area */
for (ptr = (int *)gd_ptr; ptr < (int *)(gd_ptr + 1); )
*ptr++ = 0;
// 对GD的空间进行清零
}

(4)跳转到板级前期的初始化函数中 
如下代码

    bl  board_init_f

board_init_f需要由板级代码自己实现。 
在这个函数中,tiny210主要是实现了从SD卡上加载了BL2到ddr上,然后跳转到BL2的相应位置上 
tiny210的实现如下: 
board/samsung/tiny210/board.c

#ifdef CONFIG_SPL_BUILD
void board_init_f(ulong bootflag)
{
__attribute__((noreturn)) void (*uboot)(void);
int val;
#define DDR_TEST_ADDR 0x30000000
#define DDR_TEST_CODE 0xaa
tiny210_early_debug(0x1);
writel(DDR_TEST_CODE, DDR_TEST_ADDR);
val = readl(DDR_TEST_ADDR);
if(val == DDR_TEST_CODE)
tiny210_early_debug(0x3);
else
{
tiny210_early_debug(0x2);
while(1);
}
// 先测试DDR是否完成 copy_bl2_to_ddr();
// 加载BL2的代码到ddr上 uboot = (void *)CONFIG_SYS_TEXT_BASE;
// uboot函数设置为BL2的加载地址上
(*uboot)();
// 调用uboot函数,也就跳转到BL2的代码中
}
#endif

关于copy_bl2_to_ddr的实现,也就是如何从SD卡或者nand flash上加载BL2到DDR上的问题,请参考后续文章《[project X] tiny210(s5pv210)代码加载说明》。

到此,SPL的任务就完成了,也已经跳到了BL2也就是uboot里面去了。

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