编写IPL程序

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这篇文章主要描述Initial program loader的相关内容，并以Freescale IXM6处理器为例讲解

1. Initial program loader

IPL的功能可以类比Uboot，IPL程序的任务是对硬件进行最低限度的配置，以创建一个startup程序运行的环境，至少包括以下内容：

• 从Reset异常向量开始执行；
• 配置内存控制器；
• 配置时钟；
• 设置堆栈，以便允许IPL库执行OS的验证和设置（下载、扫描、设置、跳转到OS镜像）

IPL的代码可能很简单，也可能非常复杂，这分别对应到Warm-start和Cold-start。在Warm-start中，已经有BIOS或者ROM monitor了，IPL需要做的工作就会少很多，而在Cold-start中，没有BIOS或者ROM monitor，因此需要实现全部的功能。

IPL的初始化部分是用汇编实现的（因为它从ROM执行，没有内存控制器），初始化硬件之后，IPL调用main()函数来初始化C语言环境。

设置好C语言环境后，IPL可以执行不同的任务，这个具体取决于操作系统是从linearly mapped设备启动，还是从bank-switched设备启动：

• linearly mapped，整个镜像在处理器的线性地址空间中，比如ROM；
• bank-switched，镜像不能完全由处理器寻址，比如Disk device、Network设备、串口或并口、以及bank-switched的ROM或RAM；

1.1 bank-switched

从bank-switched设备中启动时，需要以下几步：

• IPL必须调用函数与相关设备通信，比如串口下载时，IPL使用image_download_8250()函数，该函数用于配置和控制8250类串口控制器，完成设置后，该函数会将image拷贝到RAM中；
• IPL调用image_sacn()来扫描整个image，完成一些校验工作；
• IPL调用image_setup()来完成一些设置工作；

• IPL调用image_start()，跳转到startup的起始地址，将控制权交给startup；
  镜像加载时，由于是bank-switched，所以需要将整个镜像都拷贝到RAM中，如下图所示：

  
  
  

从图中可以看出来，IPL处理时可以分为三步：

• IPL接收控制；
• IPL将image加载到RAM中；
• IPL将控制权交给加载的image；

1.2 linearly mapped

linearly mapped设备的启动方式与bank-switched设备是一致的，不同点在于，不需要将整个image都拷贝到RAM中，如下图所示：

2. 自定义IPL程序

编写IPL程序，需要以下几个步骤：

• 初始化硬件，包括对系统RAM的访问。注意，只需要初始化必须的硬件（比如时钟等），外围硬件不需要初始化；（汇编实现）
• 将image镜像（使用mkifs生成）加载到RAM中，加载程序使用header信息来拷贝header和startup到RAM中，如果不是在linearly mapped的设备中，则需要将整个镜像拷贝到RAM中；（比如image_download_8250()）
• 定位OS镜像，并做一些校验工作；（调用image_sacn()）
• 拷贝startup程序；（调用image_setup()）
• 跳转到加载镜像起始位置执行；（调用image_start()）

3. IPL库

IPL库包含了一系列的接口，用于实现自定义的IPL程序，可用的函数接口如下：

4. Freescale IMX6 IPL

Freescale IMX6 BSP包：BSP_freescale-imx6SoloX-sabre-sdb_br-660_be-660_SVN815609_JBN555.zip

下载Freescale IMX6 BSP zip包并解压，IPL代码位于src/hardware/ipl/boards/mx6sx-sabre-sdb中，其中mx6sx-sabre-sdb.lnk为链接文件，指定了程序的入口以及内存的分段及布局等。
程序的入口：ENTRY(_start)，在start.S文件中完成了以下工作：

• 设置CPU为SVC32模式
• Invalidate L1 I/D and TLBs
• Disable MMU和Caches
• 使能ICache
• 设置堆栈
• 跳转到main函数
  在该目录中的main.c完成IPL的主要工作：

int main(void)
{
    unsigned int image = QNX_LOAD_ADDR;
 
    init_aips();
 
    init_clocks();
 
    init_pinmux();
 
    init_sermx6(MXC_CONSOLE_BASE, 115200, 80000000, 2);
 
    ser_putstr("\nWelcome to QNX Neutrino Initial Program Loader for:\n");
    ser_putstr("  Freescale i.MX6 SoloX Sabre SDB (ARM Cortex-A9/M4)\n");
 
    while (1) {
    ser_putstr("Command:\n");
    ser_putstr("Press 'D' for UART IFS download, using the 'sendnto' utility.\n");
    ser_putstr("Press 'M' for SDMMC IFS download.\n");
    ser_putstr("Press 'J' for JTAG IFS boot of image loaded to 0x"); ser_puthex(QNX_LOAD_ADDR); ser_putstr(".\n");
    switch (ser_getchar()) {
        case 'D': case 'd':
        ser_putstr("send image now...\n");
        if (image_download_ser(QNX_LOAD_ADDR)) {
            ser_putstr(str_download_failed);
            continue;
        } else {
            ser_putstr(str_download_ok);
        }
        break;
 
        case 'M': case 'm':
        if (sdmmc_load_file(QNX_LOAD_ADDR, QNX_IFS_FILENAME) != 0) {
            ser_putstr(str_download_failed);
            continue;
        }
        ser_putstr(str_download_ok);
        break;
 
        case 'J': case 'j':
        break;
 
        default:
        break;
    }
 
    /* No safe boot media, must be scanned */
    image = image_scan_2(image, image + MAX_SCAN, 1);
    if (image != 0xffffffff) {
        ser_putstr(str_found_image);
        ser_puthex(image);
        ser_putstr("\n");
        image_setup_2(image);
 
        ser_putstr(str_jump_to_image);
        ser_puthex(startup_hdr.startup_vaddr);
        ser_putstr("\n\n");
 
        image_start_2(image);
 
        /* Never reaches here */
        return 0;
    }
    ser_putstr(str_image_scan_fail);
    } /* Forever */
 
    /* Never reaches here */
    return 0;
}

进入main分别完成了以下工作：

• init_aips()，该函数用于设置AHB到IP Bridge的属性，跟Trust Zone相关；
• init_clocks()，该函数用于设置系统的时钟；
• init_pinmux()，该函数用于设置管脚的复用，主要是设置Uart和SD相关，其中Uart用于调试，而SD用于加载image；
• init_sermx6()，该函数用于初始化串口信息；
• image_download_ser()/sdmmc_load_file()，这两个函数用于完成Image的加载；
• image_scan_2()，该函数用于扫描image，对Image进行一些校验检查；
• image_start_2()，该函数跳转到Image的入口去执行，也就是跳转到startup程序中去运行；
  从以上的流程可以看出IPL整体的功能并不复杂，完成最少硬件（需要用到的，比如时钟、串口、SD）的初始化，然后对Image加载和校验，最终跳转过去执行即可。

当然，我对这个IPL可运行性是持怀疑态度的，因为很重要的DDR Controler的相关初始化并没有看到。