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u-boot 分析之 默认环境变量配置

2018-02-13 09:48 381 查看
通过上节内容,我们大概了解了Uboot中DDR的配置相关知识,这节我们学习一下默认环境变量配置。在zynq开发的时候,在u-boot阶段,有的环境变量需要在烧录后再设置,在烧录之后都会有一些默认的环境变量比如bootarg等,如果在编译u-boot之前就把自己需要的变量设置好,烧录的时候直接就得到自己想要的变量,这在量产中是很方便的。在哪里配置呢?经过研习,终于找到了,在这里include/configs/<你的板子名称>.h,如include/configs/zynq_zturn.h,环境变量的部分配置如下:[cpp] view plain copy#define CONFIG_EXTRA_ENV_SETTINGS        \  
         "qboot_addr=0x000000\0"\  
         "qbootenv_addr=0x080000\0"\  
         "qbootenv_size=0x020000\0"\  
         "qkernel_addr=0x500000\0"\  
         "qdevtree_addr=0x980000\0"\  
         "qramdisk_addr=0x990000\0"\  
         "kernel_size=0x480000\0"      \  
         "devicetree_size=0x010000\0"       \  
         "ramdisk_size=0x600000\0"   \  
         "boot_size=0x080000\0"         \  
         "ethaddr=00:0a:35:00:01:22\0"     \  
         "kernel_image=uImage\0"      \  
         "kernel_load_address=0x2080000\0"\  
         "ramdisk_image=uramdisk.image.gz\0"         \  
         "ramdisk_load_address=0x4000000\0" \  
         "devicetree_image=devicetree.dtb\0"   \  
         "devicetree_load_address=0x2000000\0"     \  
         "bitstream_image=system.bit.bin\0"     \  
         "boot_image=BOOT.bin\0"     \  
         "loadbit_addr=0x100000\0"   \  
         "loadbootenv_addr=0x2000000\0"\  
         "fdt_high=0x20000000\0"       \  
         "initrd_high=0x20000000\0"  \  
         "bootenv=uEnv.txt\0"\  
         "loadbootenv=fatloadmmc 0 ${loadbootenv_addr} ${bootenv}\0" \  
         "importbootenv=echoImporting environment from SD ...; " \  
                   "envimport -t ${loadbootenv_addr} $filesize\0" \  
         "mmc_loadbit_fat=echoLoading bitstream from SD/MMC/eMMC to RAM.. && " \  
                   "get_bitstream_name&& mmcinfo && " \  
                   "fatloadmmc 0 ${loadbit_addr} ${bitstream_image} && " \  
                   "fpgaloadb 0 ${loadbit_addr} ${filesize}\0" \  
         "norboot=echoCopying Linux from NOR flash to RAM... && " \  
                   "cp.b0xE2100000 ${kernel_load_address} ${kernel_size} && " \  
                   "cp.b0xE2600000 ${devicetree_load_address} ${devicetree_size} && " \  
                   "echoCopying ramdisk... && " \  
                   "cp.b0xE2620000 ${ramdisk_load_address} ${ramdisk_size} && " \  
                   "bootm${kernel_load_address} ${ramdisk_load_address}${devicetree_load_address}\0" \  
         "uenvboot="\  
                   "ifrun loadbootenv; then " \  
                            "echoLoaded environment from ${bootenv}; " \  
                            "runimportbootenv; " \  
                   "fi;" \  
                   "iftest -n $uenvcmd; then " \  
                            "echoRunning uenvcmd ...; " \  
                            "runuenvcmd; " \  
                   "fi\0"\  
         "sdboot=ifmmcinfo; then " \  
                            "runuenvboot; " \  
                            "get_bitstream_name&& " \  
                            "echo- load ${bitname} to PL... && " \  
                            "fatloadmmc 0 0x200000 ${bitname} && " \  
                            "fpgaloadb 0 0x200000 ${filesize} && " \  
                            "echoCopying Linux from SD to RAM... && " \  
                            "fatloadmmc 0 ${kernel_load_address} ${kernel_image} && " \  
                            "fatloadmmc 0 ${devicetree_load_address} ${devicetree_image} && " \  
                            "fatloadmmc 0 ${ramdisk_load_address} ${ramdisk_image} && " \  
                            "bootm${kernel_load_address} ${ramdisk_load_address} ${devicetree_load_address};" \  
                   "fi\0"\  
         "usbboot=ifusb start; then " \  
                            "runuenvboot; " \  
                            "echoCopying Linux from USB to RAM... && " \  
                            "fatloadusb 0 ${kernel_load_address} ${kernel_image} && " \  
                            "fatloadusb 0 ${devicetree_load_address} ${devicetree_image} && " \  
                            "fatloadusb 0 ${ramdisk_load_address} ${ramdisk_image} && " \  
                            "bootm${kernel_load_address} ${ramdisk_load_address} ${devicetree_load_address};" \  
                   "fi\0"\  
         "nandboot=echoCopying Linux from NAND flash to RAM... && " \  
                   "nandread ${kernel_load_address} 0x100000 ${kernel_size} && " \  
                   "nandread ${devicetree_load_address} 0x600000 ${devicetree_size} && " \  
                   "echoCopying ramdisk... && " \  
                   "nandread ${ramdisk_load_address} 0x620000 ${ramdisk_size} && " \  
                   "bootm${kernel_load_address} ${ramdisk_load_address}${devicetree_load_address}\0" \  
         "jtagboot=echoTFTPing Linux to RAM... && " \  
                   "tftpboot${kernel_load_address} ${kernel_image} && " \  
                   "tftpboot${devicetree_load_address} ${devicetree_image} && " \  
                   "tftpboot${ramdisk_load_address} ${ramdisk_image} && " \  
                   "bootm${kernel_load_address} ${ramdisk_load_address}${devicetree_load_address}\0" \  
         "rsa_norboot=echoCopying Image from NOR flash to RAM... && " \  
                   "cp.b0xE2100000 0x100000 ${boot_size} && " \  
                   "zynqrsa0x100000 && " \  
                   "bootm${kernel_load_address} ${ramdisk_load_address}${devicetree_load_address}\0" \  
         "rsa_nandboot=echoCopying Image from NAND flash to RAM... && " \  
                   "nandread 0x100000 0x0 ${boot_size} && " \  
                   "zynqrsa0x100000 && " \  
                   "bootm${kernel_load_address} ${ramdisk_load_address}${devicetree_load_address}\0" \  
         "rsa_qspiboot=echoCopying Image from QSPI flash to RAM... && " \  
                   "sfprobe 0 0 0 && " \  
                   "sfread 0x100000 0x0 ${boot_size} && " \  
                   "zynqrsa0x100000 && " \  
                   "bootm${kernel_load_address} ${ramdisk_load_address}${devicetree_load_address}\0" \  
         "rsa_sdboot=echoCopying Image from SD to RAM... && " \  
                   "fatloadmmc 0 0x100000 ${boot_image} && " \  
                   "zynqrsa0x100000 && " \  
                   "bootm${kernel_load_address} ${ramdisk_load_address}${devicetree_load_address}\0" \  
         "rsa_jtagboot=echoTFTPing Image to RAM... && " \  
                   "tftpboot0x100000 ${boot_image} && " \  
                   "zynqrsa0x100000 && " \  
                   "bootm${kernel_load_address} ${ramdisk_load_address}${devicetree_load_address}\0" \  
         "qspiboot=echoCopying Linux from QSPI flash to RAM... && " \  
                   "sfprobe 0 0 0 && " \  
                   "qspi_get_bitsize0x0A0000 && " \  
                   "sfread ${loadbit_addr} 0x0A0004 ${bitsize} && " \  
                   "fpgaloadb 0 ${loadbit_addr} ${bitsize} && " \  
                   "sfread ${kernel_load_address} ${qkernel_addr} ${kernel_size} && " \  
                   "sfread ${devicetree_load_address} ${qdevtree_addr} ${devicetree_size} &&" \  
                   "echoCopying ramdisk... && " \  
                   "sfread ${ramdisk_load_address} ${qramdisk_addr} ${ramdisk_size} && "\  
                   "bootm${kernel_load_address} ${ramdisk_load_address}${devicetree_load_address}\0" \  
         "qspiupdate=echoUpdate qspi images from sd card... && " \  
                   "echo- Init mmc... && mmc rescan && " \  
                   "echo- Init qspi flash... && sf probe 0 0 0 && " \  
                   "echo- Write boot.bin... && " \  
                   "fatloadmmc 0 0x200000 boot.bin && " \  
                   "sferase ${qboot_addr} ${boot_size} && " \  
                   "sferase ${qbootenv_addr} ${qbootenv_size} && " \  
                   "sfwrite 0x200000 0 ${filesize} && " \  
                   "get_bitstream_name&& " \  
                   "echo- Write ${bitstream_image}... && " \  
                   "fatloadmmc 0 0x200000 ${bitstream_image} && " \  
                   "sferase 0x0A0000 0x460000 && " \  
                   "mw.l0x100000 ${filesize} && " \  
                   "sfwrite 0x100000 0x0A0000 4 && " \  
                   "sfwrite 0x200000 0x0A0004 ${filesize} && " \  
                   "echo- Write uImage... && " \  
                   "fatloadmmc 0 0x200000 uImage && " \  
                   "sferase ${qkernel_addr} ${kernel_size} && " \  
                   "sfwrite 0x200000 ${qkernel_addr} ${filesize} && " \  
                   "echo- Write device tree... && " \  
                   "fatloadmmc 0 0x200000 devicetree.dtb && " \  
                   "sferase ${qdevtree_addr} ${devicetree_size} && " \  
                   "sfwrite 0x200000 ${qdevtree_addr} ${filesize} && " \  
                   "echo- Write Ramdisk... && " \  
                   "fatloadmmc 0 0x200000 uramdisk.image.gz && " \  
                   "sferase ${qramdisk_addr} ${ramdisk_size} && " \  
                   "sfwrite 0x200000 ${qramdisk_addr} ${filesize} && " \  
                   "echo- Done.\0"  

u-boot的环境变量用来存储一些经常使用的参数变量,uboot希望将环境变量存储在静态存储器中(如nand nor eeprom mmc)。其中有一些也是大家经常使用,有一些是使用人员自己定义的,更改这些名字会出现错误,下面的表中我们列出了一些常用的环境变量:     bootdelay    执行自动启动的等候秒数
     baudrate     串口控制台的波特率
     netmask     以太网接口的掩码
     ethaddr       以太网卡的网卡物理地址
     bootfile        缺省的下载文件
     bootargs     传递给内核的启动参数
     bootcmd     自动启动时执行的命令
     serverip       服务器端的ip地址
     ipaddr         本地ip 地址
     stdin           标准输入设备
     stdout        标准输出设备
     stderr         标准出错设备上面这些是uboot默认存在的环境变量,uboot本身会使用这些环境变量来进行配置。我们可以自己定义一些环境变量来供我们自己uboot驱动来使用。Uboot环境变量的设计逻辑是在启动过程中将env从静态存储器中读出放到RAM中,之后在uboot下对env的操作(如printenv editenv setenv)都是对RAM中env的操作,只有在执行saveenv时才会将RAM中的env重新写入静态存储器中。这种设计逻辑可以加快对env的读写速度。基于这种设计逻辑,2014.4版本uboot实现了saveenv这个保存env到静态存储器的命令,而没有实现读取env到RAM的命令。那我们就来看一下uboot中env的数据结构 初始化 操作如何实现的。一 env数据结构在include/environment.h中定义了env_t,如下:[cpp] view plain copy#ifdef CONFIG_SYS_REDUNDAND_ENVIRONMENT    
# define ENV_HEADER_SIZE    (sizeof(uint32_t) + 1)    
# define ACTIVE_FLAG   1    
# define OBSOLETE_FLAG 0    
#else    
# define ENV_HEADER_SIZE    (sizeof(uint32_t))    
#endif    
#define ENV_SIZE (CONFIG_ENV_SIZE - ENV_HEADER_SIZE)    
typedef struct environment_s {    
    uint32_t    crc;        /* CRC32 over data bytes    */    
#ifdef CONFIG_SYS_REDUNDAND_ENVIRONMENT    
    unsigned char   flags;      /* active/obsolete flags    */    
#endif    
    unsigned char   data[ENV_SIZE]; /* Environment data     */    
} env_t;    

CONFIG_ENV_SIZE是我们需要在配置文件中配置的环境变量的总长度。这里我们使用的nand作为静态存储器,nand的一个block是128K,因此选用一个block来存储env,CONFIG_ENV_SIZE为128K。Env_t结构体头4个bytes是对data的crc校验码,没有定义CONFIG_SYS_REDUNDAND_ENVIRONMENT,所以后面紧跟data数组,数组大小是ENV_SIZE.ENV_SIZE是CONFIG_ENV_SIZE减掉ENV_HEADER_SIZE,也就是4bytes,所以env_t这个结构体就包含了整个我们规定的长度为CONFIG_ENV_SIZE的存储区域。头4bytes是crc校验码,后面剩余的空间全部用来存储环境变量。需要说明的一点,crc校验码是uboot中在saveenv时计算出来,然后写入nand,所以在第一次启动uboot时crc校验会出错,因为uboot从nand上读入的一个block数据是随机的,没有意义的,执行saveenv后重启uboot,crc校验就正确了。data 字段保存实际的环境变量。u-boot  的 env  按 name=value”\0”的方式存储,在所有env 的最后以”\0\0”表示整个 env  的结束。新的name=value 对总是被添加到 env  数据块的末尾,当删除一个 name=value 对时,后面的环境变量将前移,对一个已经存在的环境变量的修改实际上先删除再插入。 
u-boot 把env_t  的数据指针还保存在了另外一个地方,这就 
是 gd_t  结构(不同平台有不同的 gd_t  结构 ),这里以ARM 为例仅列出和 env  相关的部分 [cpp] view plain copytypedef struct global_data     
{     
     …     
     unsigned long env_off;        /* Relocation Offset */     
     unsigned long env_addr;       /* Address of Environment struct ??? */     
     unsigned long env_valid       /* Checksum of Environment valid */     
     …     
} gd_t;    

二 env的初始化uboot中env的整个架构可以分为3层:(1) 命令层,如saveenv,setenv editenv这些命令的实现,还有如启动时调用的env_relocate函数。(2) 中间封装层,利用不同静态存储器特性封装出命令层需要使用的一些通用函数,如env_init,env_relocate_spec,saveenv这些函数。实现文件在common/env_xxx.c(3) 驱动层,实现不同静态存储器的读写擦等操作,这些是uboot下不同子系统都必须的。按照执行流顺序,首先分析一下uboot启动的env初始化过程。首先在board_init_f中调用init_sequence的env_init,这个函数是不同存储器实现的函数,nand中的实现如下:[cpp] view plain copy/*  
 * This is called before nand_init() so we can't read NAND to  
 * validate env data.  
 *  
 * Mark it OK for now. env_relocate() in env_common.c will call our  
 * relocate function which does the real validation.  
 *  
 * When using a NAND boot image (like sequoia_nand), the environment  
 * can be embedded or attached to the U-Boot image in NAND flash.  
 * This way the SPL loads not only the U-Boot image from NAND but  
 * also the environment.  
 */    
int env_init(void)    
{    
    gd->env_addr    = (ulong)&default_environment[0];    
    gd->env_valid   = 1;    
    return 0;    
}  

从注释就基本可以看出这个函数的作用,因为env_init要早于静态存储器的初始化,所以无法进行env的读写,这里将gd中的env相关变量进行配置,默认设置env为valid。方便后面env_relocate函数进行真正的env从nand到ram的relocate。继续执行,在board_init_r中,如下:[cpp] view plain copy/* initialize environment */    
    if (should_load_env())    
        env_relocate();    
    else    
        set_default_env(NULL);    

这是在所有存储器初始化完成后执行的。首先调用should_load_env,如下:[cpp] view plain copy/*  
 * Tell if it's OK to load the environment early in boot.  
 *  
 * If CONFIG_OF_CONFIG is defined, we'll check with the FDT to see  
 * if this is OK (defaulting to saying it's not OK).  
 *  
 * NOTE: Loading the environment early can be a bad idea if security is  
 *       important, since no verification is done on the environment.  
 *  
 * @return 0 if environment should not be loaded, !=0 if it is ok to load  
 */    
static int should_load_env(void)    
{    
#ifdef CONFIG_OF_CONTROL    
    return fdtdec_get_config_int(gd->fdt_blob, "load-environment", 1);    
#elif defined CONFIG_DELAY_ENVIRONMENT    
    return 0;    
#else    
    return 1;    
#endif    
}    

从注释可以看出,CONFIG_OF_CONTROL没有定义,鉴于考虑安全性问题,如果我们想要推迟env的load,可以定义CONFIG_DELAY_ENVIRONMENT,这里返回0,就调用set_default_env使用默认的env,默认env是在配置文件中CONFIG_EXTRA_ENV_SETTINGS设置的。我们可以在之后的某个地方在调用env_relocate来load env。这里我们选择在这里直接load env。所以没有定义CONFIG_DELAY_ENVIRONMENT,返回1。调用env_relocate。在common/env_common.c中:[cpp] view plain copyvoid env_relocate(void)    
{    
#if defined(CONFIG_NEEDS_MANUAL_RELOC)    
    env_reloc();    
    env_htab.change_ok += gd->reloc_off;    
#endif    
    if (gd->env_valid == 0) {    
#if defined(CONFIG_ENV_IS_NOWHERE) || defined(CONFIG_SPL_BUILD)    
        /* Environment not changable */    
        set_default_env(NULL);    
#else    
        bootstage_error(BOOTSTAGE_ID_NET_CHECKSUM);    
        set_default_env("!bad CRC");    
#endif    
    } else {    
        env_relocate_spec();    
    }    
}     

Gd->env_valid在之前的env_init中设置为1,所以这里调用env_relocate_spec,这个函数也是不同存储器的中间封装层提供的函数,对于nand在common/env_nand.c中,如下:[cpp] view plain copyvoid env_relocate_spec(void)    
{    
   int ret;    
    ALLOC_CACHE_ALIGN_BUFFER(char, buf, CONFIG_ENV_SIZE);    
    ret = readenv(CONFIG_ENV_OFFSET, (u_char *)buf);    
    if (ret) {    
        set_default_env("!readenv() failed");    
        return;    
    }    
    env_import(buf, 1);    
}    
 首先定义一个长度为CONFIG_ENV_SIZE的buf,然后调用readenv,CONFIG_ENV_OFFSET是在配置文件中定义的env在nand中偏移位置。我们这里定义的是在4M的位置。Readenv也在env_nand.c中,如下:[cpp] view plain copyint readenv(size_t offset, u_char *buf)    
{    
    size_t end = offset + CONFIG_ENV_RANGE;    
    size_t amount_loaded = 0;    
    size_t blocksize, len;    
    u_char *char_ptr;    
    blocksize = nand_info[0].erasesize;    
    if (!blocksize)    
        return 1;    
    len = min(blocksize, CONFIG_ENV_SIZE);    
    while (amount_loaded < CONFIG_ENV_SIZE && offset < end) {    
        if (nand_block_isbad(&nand_info[0], offset)) {    
            offset += blocksize;    
        } else {    
            char_ptr = &buf[amount_loaded];    
            if (nand_read_skip_bad(&nand_info[0], offset,    
                           &len, NULL,    
                           nand_info[0].size, char_ptr))    
                return 1;    
            offset += blocksize;    
            amount_loaded += len;    
        }    
    }    
    
    if (amount_loaded != CONFIG_ENV_SIZE)    
        return 1;    
    
    return 0;    
}    

Readenv函数利用nand_info[0]对nand进行读操作,读出指定位置,指定长度的数据到buf中。Nand_info[0]是一个全局变量,来表征第一个nand device,这里在nand_init时会初始化这个变量。Nand_init必须在env_relocate之前。回到env_relocate_spec中,buf读回后调用env_import,如下:[cpp] view plain copy/*  
 * Check if CRC is valid and (if yes) import the environment.  
 * Note that "buf" may or may not be aligned.  
 */    
int env_import(const char *buf, int check)    
{    
    env_t *ep = (env_t *)buf;    
    
    if (check) {    
        uint32_t crc;    
    
        memcpy(&crc, &ep->crc, sizeof(crc));    
    
        if (crc32(0, ep->data, ENV_SIZE) != crc) {    
            set_default_env("!bad CRC");    
            return 0;    
        }    
    }    
    
    if (himport_r(&env_htab, (char *)ep->data, ENV_SIZE, '\0', 0,    
            0, NULL)) {    
        gd->flags |= GD_FLG_ENV_READY;    
        return 1;    
    }    
    
    error("Cannot import environment: errno = %d\n", errno);    
    
    set_default_env("!import failed");    
    
    return 0;    
}    

首先将buf强制转换为env_t类型,然后对data进行crc校验,跟buf中原有的crc对比,不一致则使用默认env。最后调用himport_r,该函数将给出的data按照‘\0’分割填入env_htab的哈希表中。之后对于env的操作,如printenv setenv editenv,都是对该哈希表的操作。Env_relocate执行完成,env的初始化就完成了。 三 env的操作实现Uboot对env的操作命令实现在common/cmd_nvedit.c中。对于setenv printenv editenv这3个命令,看其实现代码,都是对relocate到RAM中的env_htab的操作,这里就不再详细分析了,重点来看一下savenv实现。[cpp] view plain copystatic int do_env_save(cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc,    
               char * const argv[])    
{    
    printf("Saving Environment to %s...\n", env_name_spec);    
    
    return saveenv() ? 1 : 0;    
}    
    
U_BOOT_CMD(    
    saveenv, 1, 0,  do_env_save,    
    "save environment variables to persistent storage",    
    ""    
);    

在do_env_save调用saveenv,这个函数是不同存储器实现的封装层函数。对于nand,在common/env_nand.c中,如下:[cpp] view plain copyint saveenv(void)    
{    
    int ret = 0;    
    ALLOC_CACHE_ALIGN_BUFFER(env_t, env_new, 1);    
    ssize_t len;    
    char    *res;    
    int env_idx = 0;    
    static const struct env_location location[] = {    
        {    
            .name = "NAND",    
            .erase_opts = {    
                .length = CONFIG_ENV_RANGE,    
                .offset = CONFIG_ENV_OFFSET,    
            },    
        },    
#ifdef CONFIG_ENV_OFFSET_REDUND    
        {    
            .name = "redundant NAND",    
            .erase_opts = {    
                .length = CONFIG_ENV_RANGE,    
                .offset = CONFIG_ENV_OFFSET_REDUND,    
            },    
        },    
#endif    
    };    
    
    if (CONFIG_ENV_RANGE < CONFIG_ENV_SIZE)    
        return 1;    
    
    res = (char *)&env_new->data;    
    len = hexport_r(&env_htab, '\0', 0, &res, ENV_SIZE, 0, NULL);    
    if (len < 0) {    
        error("Cannot export environment: errno = %d\n", errno);    
        return 1;    
    }    
    env_new->crc   = crc32(0, env_new->data, ENV_SIZE);    
#ifdef CONFIG_ENV_OFFSET_REDUND    
    env_new->flags = ++env_flags; /* increase the serial */    
    env_idx = (gd->env_valid == 1);    
#endif    
    
    ret = erase_and_write_env(&location[env_idx], (u_char *)env_new);    
#ifdef CONFIG_ENV_OFFSET_REDUND    
    if (!ret) {    
        /* preset other copy for next write */    
        gd->env_valid = gd->env_valid == 2 ? 1 : 2;    
        return ret;    
    }    
    
    env_idx = (env_idx + 1) & 1;    
    ret = erase_and_write_env(&location[env_idx], (u_char *)env_new);    
    if (!ret)    
        printf("Warning: primary env write failed,"    
                " redundancy is lost!\n");    
#endif    
    
    return ret;    
}    

 定义env_t类型的变量env_new,准备来存储env。利用函数hexport_r对env_htab操作,读取env内容到env_new->data,校验data,获取校验码env_new->crc。最后调用erase_and_write_env将env_new先擦后写入由location定义的偏移量和长度的nand区域中。这样就完成了env写入nand的操作。 
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