u-boot第二阶段简要讲解

tq2440的uboot目录有点繁琐. 用nor中的uboot下载uboot到nand中可以使用tftp方式. 1.连接开发板与pc 2.选择tftp下载



3. 设置pc与开发板同一个网段



之后在pc上安装tftp server软件. 然后在uboot的tftp下载模式下输入 1. 因为tq2440的uboot源码写死了通过tftp下载的uboot文件名称为 u-boot.bin, 所以将天嵌提供的uboot改名为 u-boot.bin 放到 tftp工具的同级目录里即可自动完成下载, 下载前最好先格式化nand.

个人感觉uboot第一阶段就是为了芯片能够运行起来保证最最低的运行要求, 第二阶段才是真正干活的代码.

第二阶段总体概览

uboot启动的第二阶段流程大致如图所示:



进入 start_armboot 之后首先为 gd , gd->bd 安排存储空间, 然后将该空间清0.

一 init_sequence中的函数

1. board_init

int board_init (void)
{
S3C24X0_GPIO * const gpio = S3C24X0_GetBase_GPIO();//获取S3C24X0_GPIO_BASE, GPIO寄存器的基地址

/* set up the I/O ports */
gpio->GPACON = 0x007FFFFF;
... ...
gpio->GPJUP = 0x00001fff;

/* arch number of TQ2440-Board */
gd->bd->bi_arch_number = MACH_TYPE_S3C2440;

/* adress of boot parameters */
gd->bd->bi_boot_params = 0x30000100;        //机器ID和ram中taglist的基地址在do_boot_linux中作为参数传递给kernel, [theKernel(0, machid, bd->bi_boot_params)]

/* 开启 指令/数据 cache*/
icache_enable();
dcache_enable();

return 0;
}

2. interrupt_init

int interrupt_init (void)
{
S3C24X0_TIMERS * const timers = S3C24X0_GetBase_TIMERS();

/* use PWM Timer 4 because it has no output */
/* prescaler for Timer 4 is 16 */
timers->TCFG0 = 0x0f00;
if (timer_load_val == 0)
{
/* for 10 ms clock period @ PCLK with 4 bit divider = 1/2 (default) and prescaler = 16. Should be 10390 @33.25MHz and 15625 @ 50 MHz */
timer_load_val = get_PCLK()/(2 * 16 * 100);
}
/* load value for 10 ms timeout */
lastdec = timers->TCNTB4 = timer_load_val;
/* auto load, manual update of Timer 4 */
timers->TCON = (timers->TCON & ~0x0700000) | 0x600000;
/* auto load, start Timer 4 , 自动重装*/
timers->TCON = (timers->TCON & ~0x0700000) | 0x500000;
timestamp = 0;

return (0);
}

(1) 预分频值计算
这里使用没有输出引脚的定时器 TIM4, 定时 10ms, 自动重装.

TCFG0              Bit      Description
Prescaler 1       [15:8]    These 8 bits determine prescaler value for Timer 2, 3 and 4.
Prescaler 0       [7:0]     These 8 bits determine prescaler value for Timer 0 and 1.        0x00

TCFG0=0x0F00, 预分频值Prescaler 1 = 1/16;
TCFG1=0x0000, 分频值 1/2 (默认值0000为2分频)
(2) 定时器初值计算

timer_load_val = get_PCLK()/(2 * 16 * 100);

get_PCLK()位于cpu/arm920t/s3c24x0/speed.c 中，取得pclk的过程如下
FCLK => HCLK = FCLK / 2 => PCLK = HCLK / 2, FCLK : HCLK : PCLK = 4 : 2 : 1
即先通过MPLLCON的值计算得出FCLK,然后根据CLKDIVN的分频率比得出HCLK 和 PCLK. 要做一个10ms的定时器，所以这里计算初值。上面prescaler1 = 16, 且此处没有设置TCFG1,所以TCFG1为默认值0, 则divider选择了1/2; 1s = 10ms * 100;
于是，需要的三个参数全都出来了, 分频后频率为 (clk /(2 * 16))，即每秒要做(clk/(2 * 16))次减计数，那么10ms就要做 clk / (2 * 16 * 100)次减计数。
(3) TCNTB4

lastdec = timers->TCNTB4 = timer_load_val;

将定时器计数初值保存在 TCNTB4 中, 在减计数完成时自动将 TCNTB4 赋值给 TCNT4

(4) TCON

timers->TCON = (timers->TCON & ~0x0700000) | 0x600000; // ==> bit[22:20] = 110    auto reload mode, update TCNTB4
timers->TCON = (timers->TCON & ~0x0700000) | 0x500000; // ==> bit[22:20] = 101    auto reload mode, start for timer4 此时，真正开始定时器4

后期版本的uboot中的interrupt_init貌似更新为timer_init了

3. env_init

环境变量应该是如果在flash里有环境变量那就使用flash里的, 如果没有就使用默认的环境变量.

这个函数在多个文件中定义, 但是每个文件开头都有一个宏定义来将整个文件包含起来, 如在env_nand.c中就有

#if defined(CFG_ENV_IS_IN_NAND)     /* Environment is in Nand Flash */

在 include/configs/smdk2440.h(EmbedSky.h)中如果定义了 CFG_ENV_IS_IN_NAND 就表示参数保存在nand中.

int env_init(){
gd->env_addr  = (ulong)&default_environment[0];
gd->env_valid = 1;
}

将默认的环境变量数组地址赋值给gd->env_addr;

default_environment[]定义在 common/env_common.c

4. init_baudrate

getenv_r ("baudrate", tmp, sizeof (tmp)); 这里是对应上一步的 env_init, 如果设置了环境变量就依据 env_ptr 去寻找 "baudrate" 这个变量, 如果找到就用环境变量配置的值, 如果没有找到就用 default_environment[]里的默认值: 115200

5. serial_init

/*
* 使用给定的 波特率 初始化串口. 始终设置为 8个数据位  无校验 1个停止位 无开始位
*/
int serial_init (void)
{
serial_setbrg ();

return (0);
}

void serial_setbrg (void)
{
S3C24X0_UART * const uart = S3C24X0_GetBase_UART(UART_NR);
int i;
unsigned int reg = 0;

/* value is calculated so : (int)(PCLK/16./baudrate) -1 , 这里是为了计算波特率寄存器的值: RBRDIV*/
reg = get_PCLK() / (16 * gd->baudrate) - 1;

/* FIFO enable, Tx/Rx FIFO clear */
uart->UFCON = 0x07;
uart->UMCON = 0x0;
/* Normal,No parity,1 stop,8 bit */
uart->ULCON = 0x3;
/*
* tx=level,rx=edge,disable timeout int.,enable rx error int.,
* normal,interrupt or polling
*/
uart->UCON = 0x245;
uart->UBRDIV = reg;

#ifdef CONFIG_HWFLOW
uart->UMCON = 0x1; /* RTS up */
#endif
for (i = 0; i < 100; i++);
}

使用上一步获取到的波特率来初始化串口, 串口默认设置为 8 N 1 无.

6. console_init_f

gd->have_console = 1; 等于设置了一个标志位, 表示uboot使用命令终端.

7. display_banner & print_cpuinfo

这两个函数都是调试使用的, 他们打印出调试信息, 这里要注意的是打印函数, printf ; 在/common/console.c中它调用puts来实现输出

void puts (const char *s)
{
//GD_FLG_DEVINIT表示了是向自己还是串口输出
if (gd->flags & GD_FLG_DEVINIT) {
/* Send to the standard output */
fputs (stdout, s);
} else {
/* Send directly to the handler */
serial_puts (s);
}
}

8. dram_init

首先要在 /include/configs/smdk2440.h(embedsky.h)中定义:
#define CONFIG_NR_DRAM_BANKS       1      /* 只有一块sdram */
#define PHYS_SDRAM_1           0x30000000 /* SDRAM Bank #1 起始地址*/
#define PHYS_SDRAM_1_SIZE      0x08000000 /* 128 MB */

int dram_init (void)
{
gd->bd->bi_dram[0].start = PHYS_SDRAM_1;        //bi_dram[0] 表示了 dram 起始地址和大小
gd->bd->bi_dram[0].size = PHYS_SDRAM_1_SIZE;

return 0;
}

最后总结一下最重要的两个结构体:

(1) /include/asm-arm/global_data.h 中的 gd_t , 其中保存了 u-boot 的配置信息

typedef    struct  global_data {
bd_t        *bd;
unsigned long  flags;
unsigned long  baudrate;
unsigned long  have_console;   /* serial_init() was called */
unsigned long  reloc_off;  /* Relocation Offset */
unsigned long  env_addr;   /* Address  of Environment struct */
unsigned long  env_valid;  /* Checksum of Environment valid? */
unsigned long  fb_base;    /* base address of frame buffer */
void        **jt;       /* jump table */
} gd_t;

(2) /include/asm-arm/u-boot.h 中的 bd_t

typedef struct bd_info {
int         bi_baudrate;    /* serial console baudrate */
unsigned long  bi_ip_addr; /* IP Address */
unsigned char  bi_enetaddr[6]; /* Ethernet adress */
struct environment_s *bi_env;
//下面两个参数在进入内核时候会作为参数 r1 r2 传递给内核启动函数
ulong           bi_arch_number; /* unique id for this board , 目标板id */
ulong           bi_boot_params; /* where this board expects params , taglist的地址*/

struct              /* RAM configuration */
{
ulong start;
ulong size;
}          bi_dram[CONFIG_NR_DRAM_BANKS];
} bd_t;

在/include /configs/smdk2440.h(embedsky.h) 中定义的 CFG_GBL_DATA_SIZE 为 128 , gd_t 和 bd_t 都保存在该区域中.

二 以上为 init_sequence 中的函数, 下边为 start_armboot 中接下来的代码解析:

flash_init

由内部的代码可知这里是norflash的初始化

#define PHYS_FLASH_1    0x00000000
flashbase = PHYS_FLASH_1;   //因为cpu从0地址处开始执行代码, 2440在0地址处只可能有nor-flash和内部4k的sram, 所以这里是nor-flash的初始化无疑

该函数中初始化了nor-flash的各个sector起始地址和大小, 在display_flash_config中打印出了flash的配置信息

显示配置

addr = (_bss_end + (PAGE_SIZE - 1)) & ~(PAGE_SIZE - 1);    //计算 framebuffer内存地址
size = lcd_setmem (addr);                                  //设置 framebuffer尺寸大小
gd->fb_base = addr;                                        //设置 framebuffer起始地址

mem_malloc_init (_armboot_start - CFG_MALLOC_LEN);        //将 堆区(malloc) 全部清零

初始化nand

注意要在 /include/configs/smdk2440.h(embedsky.h) 中打开 CONFIG_COMMANDS 和 CFG_CMD_NAND 对 nand 的支持

nand_init();

初始化环境变量参数

/* initialize environment */
env_relocate ();   //初始化环境变量

设置ip地址

gd->bd->bi_ip_addr = getenv_IPaddr ("ipaddr");

从网卡读出mac地址

/* MAC Address */                                                       //从网卡寄存器读出mac地址
int i;
ulong reg;
char *s, *e;
char tmp[64];

i = getenv_r ("ethaddr", tmp, sizeof (tmp));
s = (i > 0) ? tmp : NULL;

for (reg = 0; reg < 6; ++reg) {
gd->bd->bi_enetaddr[reg] = s ? simple_strtoul (s, &e, 16) : 0;//这里问号表达式的优先级高于 =  即:先判断s是否为真, 根据结果再赋值
if (s)
s = (*e) ? e + 1 : e;
}

开发板上的设备初始化

devices_init();   //初始化 iic/lcd/video/logbuff/system/serial等设备

初始化跳转表

jumptable_init(); //初始化跳转表

初始化控制台

console_init_r();

打开中断

enable_interrupt();

保存"加载地址"

/* Initialize from environment */
if ((s = getenv ("loadaddr")) != NULL)
{
load_addr = simple_strtoul (s, NULL, 16);
}

查找环境变量里是否含有 load_addr , 有的话将他的值写入到 load_addr 中, 他是加载地址, 在bootm中还会见到他. 他表示uboot将kernel加载到内存的地址.

保存framebuffer

if ((s = getenv ("bootfile")) != NULL) {
copy_filename (BootFile, s, sizeof (BootFile));     //保存framebuffer
}

开发板初始化

board_late_init ();   //因为每个板子都不一样, 板子特殊的初始化可以写在这个函数里

网卡信息打印

eth_initialize

main_loop

/* main_loop() can return to retry autoboot, if so just run it again. */
for (;;)
{
main_loop ();      //进入主循环
}

截止目前还没有讲到uboot如何启动linux, 而这最关键的一部分代码就在main_loop中.

main_loop中主要是完成了 1. 设置启动次数, 有些项目需要检测设备的启动次数, 如果大于某值则不予启动 2. modem功能 3. uboot版本号 4. 命令自动补全功能(类似shell的自动补全命令) 5. 启用倒计时启动功能 6. 进入死循环 执行 read_line(), 读取控制台(一般都是串口)输入的命令. 执行命令 run_command() 如果想要知道如何解析命令可以去跟踪一下 run_command() 函数 7. 启动linux

可见main_loop函数的重要性, 我们在下一篇中继续分析main_loop函数