P2020 （ e500核 ） 上电启动及uboot流程（转）

 系统上电到执行第一条指令前，需要经过配置PLL、Local Bus控制器、LAW、MMU等操作，这些配置完全是由Cpu根据芯片的默认值和芯片外部配置引脚的输入状态自动完成的。如：

       1）Cpu根据cfg_sys_pll[0:2]的输入状态决定当前CPU的CCB对SYS_CLK的倍频参数；

       2）Cpu根据cfg_ddr_pll[0:2] 的输入状态决定DDR的时钟频率（DDR2和DDR3不同）；

       3）Cpu根据cfg_core0_pll[0:2]/cfg_core1_pll[0:2]的输入状态决定当前CPU的cor0/cor1对CCB的倍频参数；

       4）Cpu根据cfg_cpu0_boot和cfg_cpu1_boot的输入状态决定复位时执行boot代码的Core，如下图所示：

 

 

      5）Cpu根据cfg_rom_loc[0:3]的输入状态决定Boot ROM的位置。

      6）其它根据外部输入状态决定的配置。

      以上，对软件来说最重要的配置是Boot ROM位置的配置。Boot ROM位置与cfg_rom_loc[0:3]输入状态的关系如下图所示：

      在硬件连接无误的情况下，P2020启动的配置为：

      —— cfg_cpu0_boot=1，core0启动；

      —— cfg_cpu1_boot=0，core1等待；

      —— cfg_rom_loc[0:3] =1110，从Local bus GPCM—16-bit ROM启动；

      根据P2020的硬件手册，Cpu复位后执行的第一条指令的地址是0xFFFF,FFFC。因此，Cpu要能正确执行U-boot代码，至少需要下面几个条件：

      ——Local Access Window能正确转换U-boot代码的物理地址空间

      ——Local Bus Control能正确转换U-boot代码的物理地址空间

      ——MMU能正确转换U-boot代码的有效地址空间（e500核的MMU无法关闭）

      首先，根据P2020手册，Local Access Window对Boot ROM的地址转换，不通过LAW寄存器配置。在复位时，映射0x0_FF80_0000到启动地址（硬件配置为Local bus GPCM），共8M空间。这样解决了第一个问题。

      接着，P2020复位时Local Bus Control寄存器BRn/ORn有默认值为全0，设定了第0个Local Bus Bank的地址空间是从0x0000_0000开始的4G空间，且MSEL=GPCM。这样，所有映射到Local Bus上的地址都会使CS0有效。

      然后，MMU在复位时也有默认值。实际上，虽然P2020的MMU有16个TLB1和512个TLB0，复位时仅TLB1的Entry0有效。Entry0将0xFFFF,F000开始的4k有效地址空间映射到0xFFFF,F000开始的4k物理地址空间中，TLB1的Entry0配置如下表所示：

 

      有了以上的配置，P2020 Cpu复位时就能够从连接在Local Bus的CS0上的Nor Flash执行第一条指令了。具体过程如下：

      Cpu从0xFFFF,FFFC有效地址开始执行，先经过MMU转换得到物理地址0xFFFF,FFFC；然后，Local Access Window的特殊转换直接将0xFFFF,FFFC转换到Cpu的外围器件Local bus GPCM—16-bit ROM上；最后，由于Local Bus的CS0覆盖了4G空间，0xFFFF,FFFC直接被送到了Nor Flash（Boot Flash）的地址总线上。如果外接Boot Flash只有16M BYTE，则地址总线仅24位，0xFFFF,FFFC代表了Flash 0xFF,FFFC的地址。

      /cpu/mpc85xx/u-boot.lds文件是连接器脚本文件，其中：

      .bootpg RESET_VECTOR_ADDRESS - 0xffc:

      {

          cpu/mpc85xx/start.o       (.bootpg)

      } :text = 0xffff

      规定了/cpu/mpc83xx/start.s的_start_e500代码段放在Flash倒数4K的位置。

      .resetvec RESET_VECTOR_ADDRESS:

      {

           *(.resetvec)

      } :text = 0xffff

      规定了复位后从resetvec段开始取指令，这个resetvec段放在FFFFFFFC的位置，在/cpu/mpc85xx/resetvec.s中可以看到e500核从倒数第4个字节处取的是一条跳转指令为：

      b _start_e500

跳转到位于倒数4K位置的_start_e500标号处。

      _start_e500开始的代码会在空间1里建立一个4M的Entry映射，使用的是Entry15，这样就把所有的uboot代码都可以访问到了。然后再会跳到_start标号开始的地方，_start标号位于倒数512K的位置，在这之后的过程和e300核的start.s类似。

      E500核的u-boot的启动是从/cpu/mpc85xx/start.s中的_start_e500标号开始的，经历了/cpu/mpc85xx/start.s，/cpu/mpc85xx/cpu_init_early.c，/cpu/mpc85xx/cpu_init.c，/lib_ppc/Board.c等几个文件中的多个汇编和C函数，最后会在/lib_ppc/Board.c中的board_init_r函数中进入命令死循环，等待执行键入的命令。其具体的流程如下图所示：

_start_e500函数

      初始化e500核心，清除指令和数据cache，有效指令和数据cache，设置中断向量，禁止中断响应，禁止看门狗，只允许machine check中断，设置为supervisor级别，无效指令和数据cache，设置HID0寄存器等，为系统创建一个干净可靠的初始环境。

MMU初步配置

      从前面P2020上电流程可以看出，上电之后，MMU只配置了4k空间，在这4k空间内必须初步配置MMU，使MMU能够映射u-boot真实的有效地址空间。下面这段代码将TLB1的Entry0配置为4M空间。

       lis     r6,FSL_BOOKE_MAS0(1, 15, 0)@h

         ori     r6,r6,FSL_BOOKE_MAS0(1, 15, 0)@l

 

         /* create a temp mapping in AS=1 to the 4M boot window */

         lis     r7,FSL_BOOKE_MAS1(1, 1, 0, 1, BOOKE_PAGESZ_4M)@h

         ori     r7,r7,FSL_BOOKE_MAS1(1, 1, 0, 1, BOOKE_PAGESZ_4M)@l

 

         lis     r8,FSL_BOOKE_MAS2(TEXT_BASE & 0xffc00000, (MAS2_I|MAS2_G))@h

         ori     r8,r8,FSL_BOOKE_MAS2(TEXT_BASE & 0xffc00000, (MAS2_I|MAS2_G))@l

 

         /* The 85xx has the default boot window 0xff800000 - 0xffffffff */

         lis     r9,FSL_BOOKE_MAS3(0xffc00000, 0, (MAS3_SX|MAS3_SW|MAS3_SR))@h

         ori     r9,r9,FSL_BOOKE_MAS3(0xffc00000, 0, (MAS3_SX|MAS3_SW|MAS3_SR))@l

 

         mtspr   MAS0,r6

         mtspr   MAS1,r7

         mtspr   MAS2,r8

         mtspr   MAS3,r9

         isync

         msync

         tlbwe

      经过以上配置，u-boot代码就可以使用TEXT_BASE定义的有效地址空间了。但是，这时的Local Bus Bank的配置还是默认值。后面的代码会重新修改MMU映射，将u-boot映射到LAW分配的空间里。

Dcache中分配空间做堆栈

      程序跑到这里，就要进入第一个C函数了。C函数的运行至少需要栈空间，但这时，RAM还没有初始化，只能在Dcache中锁定一定的空间，用做C的栈空间。

switch_as函数在Dcache中锁定16k的空间。

      下面的几行代码将堆栈指针指向刚刚分配好的Dcache空间。

       /* Setup the stack in initial RAM,could be L2-as-SRAM or L1 dcache*/

         lis      r1,CONFIG_SYS_INIT_RAM_ADDR@h

         ori     r1,r1,CONFIG_SYS_INIT_SP_OFFSET@l

 

         li       r0,0

         stwu r0,-4(r1)

         stwu r0,-4(r1)              /* Terminate call chain */

cpu_init_f函数

      该函数是系统执行的第一个C语言的函数，主要是做一些CPU 寄存器的初始化，其中最重要的部分是初始化Local Access Windows的值、Local Bus上的片选BR，OR的值和配置MMU的LTB1、LTB0。这些值需要在/include/configs/P2020DS.h中配置好。

board_init_f函数

      该函数为板级初始化的第一个函数，会对板子上很多硬件外设做初始化，其中最重要的为init_sequence数组，该数组里面包含了很多板级的硬件初始化函数，在board_init_f函数中会依次的调用该数组中的函数去初始化各个硬件，该数组如下：

init_fnc_t *init_sequence[] = {

 

#if defined(CONFIG_BOARD_EARLY_INIT_F)

         board_early_init_f,

#endif

 

#if defined(CONFIG_MPC85xx) || defined(CONFIG_MPC86xx)

         probecpu,

#endif

#if !defined(CONFIG_8xx_CPUCLK_DEFAULT)

         get_clocks,          /* get CPU and bus clocks (etc.) */

#if defined(CONFIG_TQM8xxL) && !defined(CONFIG_TQM866M) \

    && !defined(CONFIG_TQM885D)

         adjust_sdram_tbs_8xx,

#endif

         init_timebase,

#endif

#ifdef CONFIG_SYS_ALLOC_DPRAM

#if !defined(CONFIG_CPM2)

         dpram_init,

#endif

#endif

#if defined(CONFIG_BOARD_POSTCLK_INIT)

         board_postclk_init,

#endif

         env_init,

#if defined(CONFIG_8xx_CPUCLK_DEFAULT)

         get_clocks_866,            /* get CPU and bus clocks according to the environment variable */

         sdram_adjust_866,       /* adjust sdram refresh rate according to the new clock */

         init_timebase,

#endif

         init_baudrate,

         serial_init,

         console_init_f,

         display_options,

#if defined(CONFIG_8260)

         prt_8260_rsr,

         prt_8260_clks,

#endif /* CONFIG_8260 */

#if defined(CONFIG_MPC83xx)

         prt_83xx_rsr,

#endif

         checkcpu,

#if defined(CONFIG_MPC5xxx)

         prt_mpc5xxx_clks,

#endif /* CONFIG_MPC5xxx */

#if defined(CONFIG_MPC8220)

         prt_mpc8220_clks,

#endif

         checkboard,

         INIT_FUNC_WATCHDOG_INIT

#if defined(CONFIG_MISC_INIT_F)

         misc_init_f,

#endif

         INIT_FUNC_WATCHDOG_RESET

#if defined(CONFIG_HARD_I2C) || defined(CONFIG_SOFT_I2C)

         init_func_i2c,

#endif

#if defined(CONFIG_HARD_SPI)

         init_func_spi,

#endif

#ifdef CONFIG_POST

         post_init_f,

#endif

         INIT_FUNC_WATCHDOG_RESET

         init_func_ram,

#if defined(CONFIG_SYS_DRAM_TEST)

         testdram,

#endif /* CONFIG_SYS_DRAM_TEST */

         INIT_FUNC_WATCHDOG_RESET

 

         NULL,                          /* Terminate this list */

};

      有阴影的部分在本系统内不采用。可以看到时钟，串口，控制台，内存等初始化函数的调用。

 

relocate_code函数

      到目前为止，boot代码都是在Flash中运行，但是代码最终是要到RAM中运行的，在上面的board_init_f函数中已经将RAM初始化好了，具备了在RAM中运行程序的能力，现在relocate_code函数需要做两个事情：

      1）从Flash中拷贝u-boot的代码到RAM；

      2）记下现在执行代码的偏移，跳转到RAM中相应的位置执行。

 

board_init_r函数

      该函数为板级初始化的第二阶段，主要是初始化PCI，PCIE，网口，Flash等设备，关闭看门狗，把前面借dcache做堆栈的空间解锁，还给cache。在一切设备都初始化好后，便会进main_loop的死循环中。