Tiny210V2(S5PV210)的U-boot分析

【注1】：参考的U-boot版本为CSDN liukun321的/article/1392098.html。它原本基于Alex Ling的linaro-2011.10
for mini210，对于这个原版的分析参考：http://wenku.baidu.com/view/649d0f49be1e650e52ea99ad.html或者http://blog.chinaunix.net/uid/25445243/abstract/1.html

1. U-boot源码目录结构

【注2】：本部分参考u-boot_smdkv210：http://www.cnblogs.com/Efronc/archive/2012/02/28/2371059.html

1.board

本目录存放与已有开发板相关的文件。每种开发板有一个子目录，子目录仅存放与开发板相关的c文件和配置文件，不包含开发板CPU架构通用的实现文件。

每个目录下有如下文件（以samsung\smdkc110为例）：

Makefile

config.mk

smdkc110.c 和板子相关的代码

flash.c Flash操作代码

u-boot.lds 全局链接文件

2.common

实现u-boot命令行下支持的命令，每一条命令对应一个文件。例如bootm命令对应的是cmd_bootm.c。

3.cpu

与CPU架构相关目录，每一款支持的CPU或架构均在一个子目录下。

每个目录下有如下文件（以s5pc11x为例）：

Makefile

config.mk

cpu.c 和处理器相关的代码

interrupts.c 中断处理代码

serial.c 串口初始化代码

start.s 全局开始启动代码。

4.disk

对磁盘的支持。

5.doc

文档目录。

6.drivers

设备驱动程序目录。比如串口、USB、mmc等。

7.fs

支持的文件系统。u-boot支持cramfs、ext2、fat、fdos、jffs2、reiserfs、ubifs、yaffs2文件系统。

8.include

使用的头文件均在改目录下，还有对各种硬件平台支持的汇编文件、系统配置文件和文件系统支持的文件。

该目录下configs目录有与开发板相关的配置文件。例如smdkv210single.h。

该目录下asm目录有与cpu体系结构相关的头文件，例如asm-arm目录下有arch-s5pc11x目录。

9.lib_xxx

与体系结构相关的库文件。如ARM相关的库放在lib_arm目录下。例如u-boot启动后首先打印的版本信息version_string[]就在board.c中定义。

10.net

与网络协议栈相关的代码，bootp协议、tftp协议、rarp协议和nfs文件系统等实现。

11.tools

生成u-boot工具，例如mkimage。

12.其他

examples等。

sd_fusing：烧写到sd卡的源文件和脚本文件。

2. S5PV210的启动过程

S5PV210含有一个内64K的IROM和96K的IRAM，系统启动时主要依靠它们，IROM和IRAM所处的存储空间见下图：



系统刚启动时，会运行IROM中的固化代码，进行一些通用的初始化，具体步骤包括：

第一步 关闭看门狗；

第二步 初始化icache；

第三步 初始化堆栈；

第四步 设置时钟；

第五步 判断启动设备(nand/sd/onenand等)，检查校验和，然后从启动设备中拷贝前16KB的代码到IRAM的0xD0020000处；

第六步 若是安全模式启动，则进行完整性检查；

第七步 跳转到IRAM的0xD0020010地址上继续运行（前16个字节为校验和）；

3. 友善之壁TINY210V2板的裸机开发程序的加载过程分析一（代码小于16KB，不需要二次搬移代码至IRAM或者DRAM）

分析裸机程序第一个例子，即裸机LED点灯程序。先看Makefile内容：

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

led.bin: start.o

arm-linux-ld -Ttext 0x0 -o led.elf $^

arm-linux-objcopy -O binary led.elf led.bin

arm-linux-objdump -D led.elf > led_elf.dis

gcc mkv210_image.c -o mkmini210

./mkmini210 led.bin 210.bin

%.o : %.S

arm-linux-gcc -o $@ $< -c

%.o : %.c

arm-linux-gcc -o $@ $< -c

clean:

rm *.o *.elf *.bin *.dis mkmini210 -f

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

注1：其中mkv210_image.c是由arm9论坛上的网友提供，它的的作用就是用来给原始的bin文件添加头部，即16字节的校验和的。mkv210_image.c的核心工作如下：

第一步 分配16k的buffer；

第二步 将编译生成的led.bin读到buffer的第16byte开始的地方；

第三步 计算校验和，并将校验和保存在buffer第8~11byte中；

第四步 将16k的buffer拷贝到210.bin中

注2：执行./write2sd后，210.bin文件会被烧写到sd卡的扇区1中，sd卡的起始扇区为0，一个扇区的大小为512byte，sd启动时，IROM里的固化代码是从扇区1开始拷贝代码的。

注3：write2sd是一个脚本文件，内容如下：

#!/bin/sh sudo dd iflag=dsync oflag=dsync if=210.bin of=/dev/sdb seek=1

dd是一个读写命令，if是输入，of是输出，seek表示从扇区1开始读写。sdb为本文档编写时sd卡的设备节点，请根据自己的实际情况进行修改，后面将不再提及该注意事项。

4. 友善之壁TINY210V2板的裸机开发程序的加载过程分析二（代码大于16KB，需要二次搬移代码至DRAM）

分析裸机程序第八章的例子，即裸机重定位代码至DRAM的程序。程序分两个文件夹，BL1和BL2。

注1：首先整个工程分为BL1和BL2两个目录，目录BL1下的代码会被编译链接成一个名为BL1.bin的文件，而目录BL2下的代码会被编译链接成一个名为BL2.bin的文件。其中，BL1.bin文件的链接地址是0(使用的是位置无关码，程序可以在任意可用的内存中运行),BL2.bin文件的链接地址是0x23E00000(使用的并不是位置无关码，所有程序必须位于该地址处才能正常运行。DRAM0对应的地址是0x20000000~0x3FFFFFF共512M，DRAM1对应的地址是0x4000_000~0x7FFF_FFFF共1G，所以我们这里用到的是DRAM0)。BL1.bin需被烧写到sd卡的扇区1，BL2.bin需被烧写到sd卡的扇区49处，为什么要这样烧写的原因将在后面的程序讲解中给出，完整的烧写过程可参考本章第四节的烧写步骤。整个程序的运行过程大致如下：系统上电后，首先将sd卡扇区1处的BL1.bin拷贝到IRAM的0xD0020000地址处（这部分工作由IROM中的固化代码完成，不用自己编程），然后运行该部分代码。该部分代码首先会初始化DRAM，然后把位于sd卡中扇区49处的BL2.bin拷贝到DRAM的0x23E00000地址处，最后跳转到该地址处继续运行（以上工作由BL1.bin完成）。

注2：BL1/start.S功能分析：

第一步 调用mem_init函数初始化内存，函数的实现位于memory.S，这个文件是从uboot中借鉴过来的；

第二步 调用copy_code_to_dram()将BL2.bin从SD卡拷贝到DRAM的0x23E00000处，copy_code_to_dram()的实现位于文件mmc_relocate.c；

注2：BL2/start.S功能分析：

BL1.bin跳转到0x23E00000后，实际上运行的就是BL2/start.S里的代码，因为BL2.bin的链接脚本sdram.lds里指定了代码段的最开始放的是start.o。在BL2/start.S中只做了一件事，就是使用一条位置相关的指令：ldr PC, =main来调用main函数，main函数的作用与上一章的代码一样化，都是LED闪烁。

5. 基于S5PV210的友善之壁TINY210V2板LINUX启动过程的自我总结（程序大于16KB）

a) 先由IROM判断从NAND/Nor FLASH/SD_MMC/UART_USB启动，然后从相应位置

复制16K含16字节校验和的第一段启动代码至IRAM的0xD0020000处

b) IROM的其他启动工作如开门狗设置、堆栈初始化全部完成后，执行第一段启动代码，

完成内存的初始化，第二段启动代码复制到内存等工作，然后调制第二段启动代码处。

c) 执行第二段启动代码。

6. 友善之臂Superboot加载裸机程序过程的自我猜测（直接下载到内存启动，LED例子）

完整代码见目录7.leds_MiniTools,这个程序的代码跟我们的第一个程序1.leds_s基本一样，唯一的差别在于Makefile中链接时指定的链接地址是0x20000000，因为MiniTools是将裸机程序下载到DRAM的0x20000000的。

a) 通过MiniTools先将led.bin下载到DRAM的指定地址（默认是0x20000000，可用为0x20000000~0x3F5FFFFF(共502MB)）

b) 再将Superboot下载至0x3F600000~0x3FFFFFFF的10MB空间（？）

c) （如何开始运行？）

7. 友善之臂Superboot加载裸机程序过程的自我猜测（下载至NAND FLASH启动，LED例子）

完整代码见目录7.leds_MiniTools,这个程序的代码跟我们的第一个程序1.leds_s基本一样，唯一的差别在于Makefile中链接时指定的链接地址是0x20000000，因为MiniTools是将裸机程序下载到DRAM的0x20000000的。

a) 设置好加载地址“RAM Address(Download/Loading)”，选择使用Superboot加载裸机程序，并选择要加载的裸机程序led.bin，点击“开始烧写”

b) MiniTools首先把Superboot和裸机程序都烧写到NAND Flash中，然后点击“快速启动”，这时NAND
Flash中的Superboot会把裸机程序拷贝到DRAM的0x20000000地址处，然后跳转到该地址上运行裸机程序（如何开始运行？）。另外，以后只要选择NAND启动时，NAND
Flash 中的Superboot都会将裸机程序加载到DRAM中运行了

8. 友善之臂SD卡中放置Superboot相关文件并烧写不同系统(Linux/Android/WINCE)的过程分析(以Android启动为例)

a) 使用自带的SD-Flasher.exe工具烧写Superboot(superboot-xxx.bin)到SD卡。SD-Flasher.exe会分割并预留130M空间用于烧写Superboot，当你的SD不再用于开发板时，你可能想恢复SD卡为原始状态，可参考上面章节的方法再次启动SD-Flasher.exe，通过界面上的“ReFormat!”功能恢复SD卡为原始状态。

b) 在后面的步骤使用Superboot安装或更新系统时，将会用到烧写配置文件“FriendlyARM.ini”，它的内容如下：

#This line cannot be removed. by FriendlyARM(www.arm9.net)

CheckOneButton=No

Action = Install

OS = Android

LCD-Mode = No

LCD-Type = S70

LowFormat = No

VerifyNandWrite = No

CheckCRC32=No

StatusType = Beeper | LED

################### Android 4.0.3 ####################

Android-BootLoader = Superboot210.bin

Android-Kernel = Android/zImage

Android-CommandLine = root=/dev/mtdblock4 rootfstype=yaffs2 console=ttySAC0,115200 init=/linuxrc androidboot.console=ttySAC0

Android-RootFs-InstallImage = Android/rootfs_android-mlc2.img

################### Android 2.3.1 ####################

#Android-BootLoader = Superboot210.bin

#Android-Kernel = Android2.3.1/zImage

#Android-CommandLine = root=/dev/mtdblock4 rootfstype=yaffs2 console=ttySAC0,115200 init=/linuxrc androidboot.console=s3c2410_serial0

#Android-RootFs-InstallImage = Android2.3.1/rootfs_android-mlc2.img

################### Linux ####################

Linux-BootLoader = Superboot210.bin

Linux-Kernel = Linux/zImage

Linux-CommandLine = root=/dev/mtdblock4 rootfstype=yaffs2 console=ttySAC0,115200 init=/linuxrc

Linux-RootFs-InstallImage = Linux/rootfs_qtopia_qt4-mlc2.img

################### Windows CE6.0 ####################

WindowsCE6-Bootloader = Superboot210.bin

WindowsCE6-BootLogo = WindowsCE6\bootlogo.bmp

WindowsCE6-InstallImage = WindowsCE6\NK.bin

WindowsCE6-RunImage = WindowsCE6\NK.bin

c) 将images目录拷贝到SD卡上。image目录结构为：

* Android2.3.1 - Android 2.3.1 烧写文件

* Android - Android 4.0.3 烧写文件

* Linux - Linux烧写文件

* WindowCE6 - WINCE烧写文件

* FriendlyARM.ini - TF/SD卡执行脱机烧写时的配置文件，可以手工根据需要修改，详细说明见用户手册。

* superboot-210-20110928.bin - 支持TF/SD/SDHC卡的超强Bootloader, 需要使用“光盘\tools\SD-Flasher.exe"工具把它烧写到TF/SD/SDHC卡中。Superboot后面的尾缀是以日期为标识的版本信息，请以最新日期版本为准。

d) 根据要烧写的系统适当修改烧写配置文件“FriendlyARM.ini”。例如要烧写Android 2.3系统，则FriendlyARM.ini的内容修改成如下内容(默认已经如此)：

#This line cannot be removed. by FriendlyARM(www.arm9.net)

CheckOneButton=No

Action = Install

OS = Android

LCD-Mode = No

LCD-Type = S70



LowFormat = Yes

VerifyNandWrite = No

CheckCRC32=No

StatusType = Beeper | LED

################### Android 2.3.1 ####################

Android-BootLoader = Superboot210.bin

Android-Kernel = Android2.3.1/zImage

Android-CommandLine = root=/dev/mtdblock4 console=ttySAC0,115200 init=/linuxrc androidboot.console=s3c2410_serial0

Android-RootFs-InstallImage = Android2.3.1/rootfs_android.img

SD卡目录下Android 2.3相关的文件有：

images\Superboot210.bin —— Bootloader，除了支持启动Android，也支持启动其它所有系统，也可以烧写到SD卡上运行。

images\Android2.3.1\zImage —— Android内核（基于Linux的,为什么是zImage而不是uImage?难道友善之臂用的不是Uboot?答：zImage 和uImage 都是生成的可执行内核镜像文件，2者在u-boot中启动的方式分别是go addr与bootm addr来实现启动过程的，即对于zImage是通过go来进行引导，而uImage是通过bootm来进行引导的，zImage和uImage
2者的关系是uImage 是zImage通过mkimage （u-boot下面tools下的工具）来生成的，结果是后者比前者在头部多了64个byte，这多余的64个byte是用来通知给u-boot用的；将相关信息告知u-boot。），会自动识别LCD类型

images\Android2.3.1\rootfs_android.img —— Android文件系统映象（什么格式的？Yaffs2?答：[b]Yaffs2。因为Tiny210用户手册第三章的3.6节说：执行以下命令可将Android文件系统创建成适用于MLC2 NAND Flash的yaffs2的映象文件，以便烧写到配备MLC NAND Flash的开发板中：#mkyaffs2image-mlc2
rootfs_dir rootfs_android-mlc2.img。yaffs2格式后缀为.img，ubifs格式是.ubi，ext3对应为.ext3）

[/b]images\FriendlyARM.ini —— 系统烧写配置文件

【注3】：一般市场上买到的SD卡为全盘FAT32格式，如果卡中存放了很多数据，强制烧写就有可能会不知不觉中破坏这些数据；基于此原因考虑，在Vista/Winows7中，先把SD卡自动分割为普通的FAT32格式区(自动命名卷标为“FriendlyARM)和无格式区(占130M，放置Superboot)两部分，烧写软件将会依据卷标名称作为标志，把bootloader烧写到无格式区，这样就不会破坏普通FAT32格式区中的数据了。