u-boot中SPL源代码分析

[Author: Bo Shen <voice.shen@gmail.com>

[u-boot: 2014.01-rc1]

本文将使用sama5d3xek SPL实现做为例子，具体代码可查看：https://github.com/voiceshen/u-boot/tree/sama5d3xek_spl_spi_nand

u-boot SPL (second program loader), 对许多人来说也说很陌生。下面对此进行一个简单介绍。

1. ARM SoC的启动过程：

RomBoot --> SPL --> u-boot --> Linux kernel --> file system --> start application

(RomBoot是固化在SoC内部的。)

u-boot实现了一个新功能，能在编译u-boot的同时生成SPL二进制文件。

2. SPL运行代码go through

从u-boot-spl.lds链接文件可知，启动代码也是start.S。

(reset) <arch/arm/cpu/armv7/start.S> (b lowlevel_init: arch/arm/cpu/armv7/lowlevel_init.S) (b _main) --> <arch/arm/lib/crt0.S> (bl board_init_f) --> <arch/arm/lib/spl.c> (board_init_r) --> <common/spl/spl.c> (jump_to_image_no_args去启动u-boot) 到此SPL的生命周期结束。

简单来讲：SPL所做工作，一些硬件的初始化，然后读取u-boot，最后调转至u-boot。

3. 下面具体分析SPL的相关代码。

<arch/arm/cpu/armv7/start.S>

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110 reset:

111 bl save_boot_params

112 /*

113 * disable interrupts (FIQ and IRQ), also set the cpu to SVC32 mode,

114 * except if in HYP mode already

115 */

116 mrs r0, cpsr

117 and r1, r0, #0x1f @ mask mode bits

118 teq r1, #0x1a @ test for HYP mode

119 bicne r0, r0, #0x1f @ clear all mode bits

120 orrne r0, r0, #0x13 @ set SVC mode

121 orr r0, r0, #0xc0 @ disable FIQ and IRQ

122 msr cpsr,r0

123

124 /*

125 * Setup vector:

126 * (OMAP4 spl TEXT_BASE is not 32 byte aligned.

127 * Continue to use ROM code vector only in OMAP4 spl)

128 */

129 #if !(defined(CONFIG_OMAP44XX) && defined(CONFIG_SPL_BUILD))

130 /* Set V=0 in CP15 SCTRL register - for VBAR to point to vector */

131 mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0 @ Read CP15 SCTRL Register

132 bic r0, #CR_V @ V = 0

133 mcr p15, 0, r0, c1, c0, 0 @ Write CP15 SCTRL Register

134

135 /* Set vector address in CP15 VBAR register */

136 ldr r0, =_start

137 mcr p15, 0, r0, c12, c0, 0 @Set VBAR

138 #endif

139

140 /* the mask ROM code should have PLL and others stable */

141 #ifndef CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT

142 bl cpu_init_cp15

143 bl cpu_init_crit

144 #endif

145

146 bl _main

111：如果没有重新定义save_boot_params，则使用<arch/arm/cpu/armv7/start.S>中的save_boot_params。其不做任何事情，直接返回。

116~138: 看注释即可明白。

141: 因为SPL主要是对SoC进行初始化，所以不会定义CONFIG_SKIP_LOWLEVE_INIT, 即142，143行得以执行。

142: cpu_init_cpu15, 主要作用invalidate L1 I/D cache, disable MMU. 检查是否需要workaround。

143: cpu_init_crit直接跳转到lowlevel_init

下面看看lowlevel_init的实现：

<arch/arm/cpu/armv7/lowlevel_init.S>

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18 ENTRY(lowlevel_init)

19 /*

20 * Setup a temporary stack

21 */

22 ldr sp, =CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR

23 bic sp, sp, #7 /* 8-byte alignment for ABI compliance */

24 #ifdef CONFIG_SPL_BUILD

25 ldr r9, =gdata

26 #else

27 sub sp, #GD_SIZE

28 bic sp, sp, #7

29 mov r9, sp

30 #endif

31 /*

32 * Save the old lr(passed in ip) and the current lr to stack

33 */

34 push {ip, lr}

35

36 /*

37 * go setup pll, mux, memory

38 */

39 bl s_init

40 pop {ip, pc}

41 ENDPROC(lowlevel_init)

22: 对stack pointer赋值成CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR

23: 确保sp是8字节对齐。

25：将gdata的地址存入到r9寄存器中。

39：跳转到s_init。对Atmel sama5d3xek board, s_init定义在：<arch/arm/cpu/at91-common/spl.c> 此处暂时不分析。

然后返回到start.S处，接下来调用：bl _main到<arch/arm/lib/crt0.S>

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58 ENTRY(_main)

59

60 /*

61 * Set up initial C runtime environment and call board_init_f(0).

62 */

63

64 #if defined(CONFIG_SPL_BUILD) && defined(CONFIG_SPL_STACK)

65 ldr sp, =(CONFIG_SPL_STACK)

66 #else

67 ldr sp, =(CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR)

68 #endif

69 bic sp, sp, #7 /* 8-byte alignment for ABI compliance */

70 sub sp, #GD_SIZE /* allocate one GD above SP */

71 bic sp, sp, #7 /* 8-byte alignment for ABI compliance */

72 mov r9, sp /* GD is above SP */

73 mov r0, #0

74 bl board_init_f

65: 重新对SP赋值

69: 确认sp是8字对齐

70：相当于保留一个global_data的大小。

71: 确认更新后的sp是8字对齐

72：r9指向global_data

73：r0赋值0

74：跳转到board_init_f中运行。

board_init_f在<arch/arm/lib/spl.c>定义：

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20 /*

21 * In the context of SPL, board_init_f must ensure that any clocks/etc for

22 * DDR are enabled, ensure that the stack pointer is valid, clear the BSS

23 * and call board_init_f. We provide this version by default but mark it

24 * as __weak to allow for platforms to do this in their own way if needed.

25 */

26 void __weak board_init_f(ulong dummy)

27 {

28 /* Clear the BSS. */

29 memset(__bss_start, 0, __bss_end - __bss_start);

30

31 /* Set global data pointer. */

32 gd = &gdata;

33

34 board_init_r(NULL, 0);

35 }

26: board_init_f是一个弱函数，是可以被重新定义的。

29：对BSS段进行清零操作。

34: 跳转到board_init_r

board_init_r在<common/spl/spl.c>中定义：

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132 void board_init_r(gd_t *dummy1, ulong dummy2)

133 {

134 u32 boot_device;

135 debug(">>spl:board_init_r()\n");

136

137 #ifdef CONFIG_SYS_SPL_MALLOC_START

138 mem_malloc_init(CONFIG_SYS_SPL_MALLOC_START,

139 CONFIG_SYS_SPL_MALLOC_SIZE);

140 #endif

141

142 #ifndef CONFIG_PPC

143 /*

144 * timer_init() does not exist on PPC systems. The timer is initialized

145 * and enabled (decrementer) in interrupt_init() here.

146 */

147 timer_init();

148 #endif

149

150 #ifdef CONFIG_SPL_BOARD_INIT

151 spl_board_init();

152 #endif

135: 输出debug信息：>>spl:board_init_r();

137~140: 如果定义了：CONFIG_SYS_SPL_MALLOC_START, 则进行memory的malloc池初始化。以后调用malloc就在这个池子里面分配内存。

142~148: 如果没有定义：CONFIG_PPC, 则进行timer的初始化：timer_init() <arm/arm/cpu/armv7/at91/time.c>

150~150: CONFIG_SPL_BOARD_INIT, 则调用spl_board_init(). 这是board相关的定义，<board/atmel/sama5d3xek/sama5d3xek.c>

一切就绪后，就要检查从什么设备来启动了。这里就贴出RAM，MMC， NAND相关代码

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154 boot_device = spl_boot_device();

155 debug("boot device - %d\n", boot_device);

156 switch (boot_device) {

157 #ifdef CONFIG_SPL_RAM_DEVICE

158 case BOOT_DEVICE_RAM:

159 spl_ram_load_image();

160 break;

161 #endif

162 #ifdef CONFIG_SPL_MMC_SUPPORT

163 case BOOT_DEVICE_MMC1:

164 case BOOT_DEVICE_MMC2:

165 case BOOT_DEVICE_MMC2_2:

166 spl_mmc_load_image();

167 break;

168 #endif

169 #ifdef CONFIG_SPL_NAND_SUPPORT

170 case BOOT_DEVICE_NAND:

171 spl_nand_load_image();

172 break;

173 #endif

154: 获取spl_boot_device,即从什么设备启动。

157～161：如果定义了CONFIG_SPL_RAM_DEVICE, 则执行spl_ram_load_image()，其就是将image下载到ram中。

162～168：如果定义了CONFIG_SPL_MMC_SUPPORT, 则执行spl_mmc_load_image()，其就是将image从mmc/sd里面读取到ram中。

169～173：如果定义了CONFIG_SPL_NAND_SUPPORT, 则执行spl_nand_load_image(), 其就是将image从nand flash中读取到ram中。

当要启动的image位于RAM中后，我们就可以启动之。

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213 switch (spl_image.os) {

214 case IH_OS_U_BOOT:

215 debug("Jumping to U-Boot\n");

216 break;

217 #ifdef CONFIG_SPL_OS_BOOT

218 case IH_OS_LINUX:

219 debug("Jumping to Linux\n");

220 spl_board_prepare_for_linux();

221 jump_to_image_linux((void *)CONFIG_SYS_SPL_ARGS_ADDR);

222 #endif

223 default:

224 debug("Unsupported OS image.. Jumping nevertheless..\n");

225 }

226 jump_to_image_no_args(&spl_image);

227 }

213: 判断image的类型。

214：如果是u-boot,则直接到227去运行u-boot。

218：如果是Linux，则到221去启动Linux.

至此，SPL结束它的生命，控制权交于u-boot或Linux。