U-BOOT的针对性开发
U-BOOT针对性开发
——乐百事
2017-4-19
1、 选择boot版本：拿到一个平台之前如何正确的选择合适的boot版本？
2、 选择好boot之后，如何选择交叉编译版本？
3、 boot编译如何指定交叉编译器
4、 如何针对平台指定CPU及外设并编译
5、 Uboot第一个启动位置
6、 给内核用的mkimage工具
7、 精简代码的阅读性，删除无关程序
8、如何增加自己的命令到uboot中？
一、 选择boot版本
版本不是越新越好，因为越新越臃肿，所以选择的版本只要含有我们板子上的cpu相关的代码即可。如果平台上的CPU用了一些比较特殊的芯片，可以在uboot上针对性的开发或者移植该芯片的支持。也可以搜索这款CPU已经成熟的平台提供的uboot源码或者uboot版本。
此处，我们用米尔科技的MYD-C4378开发板开始uboot的学习之路，官方提供的uboot版本是2013.10的版本，我们到官网上下载纯净的uboot-2013.10版本，下载地址如下：
ftp://ftp.denx.de/pub/u-boot/
二、 选择交叉编译版本
uboot的交叉编译器可以用与内核同样的交叉编译器，但是如果uboot还不支持这个编译器的话，需要针对uboot另外选择编译器，这个没有强制要求。具体的内核选择交叉编译器版本的参考“linux交叉环境搭建”一文。
三、 指定交叉编译器
uboot指定交叉编译器的方法和内核指定编译器方法一致，参考“linux交叉环境搭建”一文。
四、 针对平台指定CPU
Uboot源码中根目录下有boards.cfg文件，里面有各个平台的CPU支持，在board目录中有对应的CPU源码，我们的AM4378的在/board/ti/am43xx中，在boards.cfg中有am43xx的对应关系，编译时候make am43xx_evm，这里也可以自己添加或修改名称，比如am43xx_evm_nor或者am43xx_evm_nand等等。
下面开始执行make distclean，然后执行make am43xx_evm，有报错如下：
从报错信息中可以看出boot源码缺失compiler-gcc5.h，如下图所示：
这个原因是因为我安装的ubuntu系统太新，尝试一下把uboot里面的gcc4.h备份出一个gcc5.h。继续执行依然有报错如下：
从这里可以看出缺少很多libstdc++.so.6和libz.so.1的库，通过查找库的关联关系可以看出来系统需要安装apt-getinstall lib32z1和lib32stdc++6两个库，查找方法参考如下：
Step1、安装apt-file：apt-get install apt-file
Step2、安装更新：apt-file update
Step3、查找关联库：apt-file searchlibz.so.1
Step4、查找出来的库会有x86等库文件，找到完全一样的，例如lib32z1: /usr/lib32/libz.so.1.2.8
Step5、安装缺失的库文件：apt-get installlib32z1
五、 Uboot第一个启动位置
从上一章可以看到boards.cfg如下图
其中armv7就是arch/arm/cpu/armv7和spl/arch/arm/cpu/armv7目录，里面都有start.S文件。
还有一种办法，make am43xx_evm成功之后，通过find ./ -name start.o查找到对应的启动目录和start.S，如下图所示：
找到了uboot启动的第一个文件之后，还需要找到u-boot.lds文件，可以看一下start.S同级目录的Makefile入下（一般在start.S的上一级目录，u-boot-spl.lds为什么不看，参考下文）：
可以看到include了当前目录的config.mk文件，我们看一下config.mk文件如下图所示，
这里加了很多宏定义决定是否同时编译u-boot-spl，这个和编译u-boot.bin不冲突，至于SPL作用，在这里也做个简单说明，如果需要u-boot-spl功能的可以修改宏定义编译出u-boot-spl.bin，这个spl的作用就是引导u-boot.bin，这里可能会让人奇怪，u-boot.bin不就是系统上电第一个运行的么，负责硬件初始化工作等，为什么还要用spl来引导。
我也科普了一下，简单说明就是微处理器的发展，很多芯片制造商固化了一些程序，让CPU自动从nand等处理器上读取部分大小的数据到内存执行，比如三星的S3C2440。
上电时S3C2440内部固化的程序自动把NandFlash的前4KB程序拷贝到片内SRAM，然后执行IRAM中的程序，同时要保证这4KB中的程序是位置无关码，在这4KB程序完成了内存的初始化，栈的设置，NandFlash的初始化，将u-boot镜像从NandFlash中拷贝到内存中，将PC跳转到内存中执行。
随着u-boot的更新，在u-boot的前4K已经无法完成上面这些事，在前4KB会执行位置相关码，导致u-boot无法正常运行。
为了解决这个问题，u-boot提供了SPL，用spl来引导u-boot，spl的体积很小，只完成将u-boot从NandFlash中拷贝到内存中，然后跳转到内存。
这里我们暂时没有用到就不做深入研究了，只需要研究spl以外的start.S相关程序即可。
注解：start.S作为第一个要看的启动程序，board/ti/am43xx/board.c作为第二个要看的启动程序，我们开发一款平台的时候这些是一定要看的，网上start.S的文章很多，想了解更透彻的可以参考http://www.crifan.com/files/doc/docbook/uboot_starts_analysis/release/htmls/
六、 Mkimage工具
编译uboot之后会在uboot的tool目录里面生成mkimage命令，将此拷贝到/usr/bin里面，即可在编译内核时候直接make uImage来编译uImage文件，或者可以apt-get install uboot-mkimage来安装mkimage的命令。在内核中make uImage可能会报错没有loadaddr地址，这个地址可以在Makefile中填入，具体的地址根据实际情况填写，编译时候make LOADADDR=0x（addr） uImage来生成uImage，也可以修改arch/arm/boot/Makefile填入默认的地址。
注解：之前一直用uboot里面生成的mkimage文件，让我原本以为mkimage是和uboot源码有某种联系的，每次编译出来的mkimage才是完全配对的，直到我看人用apt-get直接安装的mkimage也能用时候才了解了一下，其实uImage和zImage之间的区别就是uImage只是在zImage的文件头增加了64byte头信息而已，这些头信息又都是固定的，所以mkimage只是一个通用的命令而已，怎么获取到都无所谓。
七、 源码分析
1、u-boot.lds
/*
* Copyright (c) 2004-2008 Texas Instruments
*
* (C) Copyright 2002
* Gary Jennejohn, DENX Software Engineering,
*
* SPDX-License-Identifier: GPL-2.0+
*/
#include
#include
OUTPUT_FORMAT("elf32-littlearm","elf32-littlearm", "elf32-littlearm")
/*指定输出可执行文件是elf格式，32位ARM指令，小端*/
OUTPUT_ARCH(arm)
ENTRY(_start)
/*指定输出可执行文件的起始代码段为_start*/
SECTIONS
{
#ifndefCONFIG_CMDLINE
/DISCARD/ : { *(.u_boot_list_2_cmd_*) }
#endif
#ifdefined(CONFIG_ARMV7_SECURE_BASE) && defined(CONFIG_ARMV7_NONSEC)
/*
* IfCONFIG_ARMV7_SECURE_BASE is true, secure code will not
*bundle with u-boot, and code offsets are fixed. Secure zone
* onlyneeds to be copied from the loading address to
*CONFIG_ARMV7_SECURE_BASE, which is the linking and running
*address for secure code.
*
* IfCONFIG_ARMV7_SECURE_BASE is undefined, the secure zone will
* beincluded in u-boot address space, and some absolute address
* wereused in secure code. The absolute addresses of the secure
* codealso needs to be relocated along with the accompanying u-boot
*code.
*
* SoDISCARD is only for CONFIG_ARMV7_SECURE_BASE.
*/
/DISCARD/ : { *(.rel._secure*) }
#endif
. = 0x00000000;
/*指定可执行文件的全局入口点，通常这个地址都放在ROM(flash)0x0位置。必须使编译器知道这个地址，通常都是修改此处来完成*/
. = ALIGN(4);
/*代码以4字节对齐*/
.text :
{
*(.__image_copy_start)
/*u-boot将自己copy到RAM，此为需要copy的程序的start*/
*(.vectors)
/*./arch/arm/lib/vectors.S，异常向量表*/
CPUDIR/start.o (.text*)
/*./arch/arm/cpu/armv7/start.S*/
*(.text*)
/*其他的代码段放在这里，即start.S/vector.S之后*/
}
#ifdefCONFIG_ARMV7_NONSEC
/* Align the secure section only if we're going to use itin situ
只有在我们准备使用它的时候，才会对齐安全区域。 */
.__secure_start :
#ifndefCONFIG_ARMV7_SECURE_BASE
ALIGN(CONSTANT(COMMONPAGESIZE))
#endif
{
KEEP(*(.__secure_start))
}
#ifndefCONFIG_ARMV7_SECURE_BASE
#defineCONFIG_ARMV7_SECURE_BASE
#define__ARMV7_PSCI_STACK_IN_RAM
#endif
.secure_text CONFIG_ARMV7_SECURE_BASE :
AT(ADDR(.__secure_start) + SIZEOF(.__secure_start))
{
*(._secure.text)
}
.secure_data : AT(LOADADDR(.secure_text) +SIZEOF(.secure_text))
{
*(._secure.data)
}
#ifdefCONFIG_ARMV7_PSCI
.secure_stack ALIGN(ADDR(.secure_data) +SIZEOF(.secure_data),
CONSTANT(COMMONPAGESIZE)) (NOLOAD) :
#ifdef__ARMV7_PSCI_STACK_IN_RAM
AT(ADDR(.secure_stack))
#else
AT(LOADADDR(.secure_data) +SIZEOF(.secure_data))
#endif
{
KEEP(*(.__secure_stack_start))
/* Skip addreses for stack */
. = . + CONFIG_ARMV7_PSCI_NR_CPUS *ARM_PSCI_STACK_SIZE;
/* Align end of stack section to pageboundary */
. = ALIGN(CONSTANT(COMMONPAGESIZE));
KEEP(*(.__secure_stack_end))
#ifdefCONFIG_ARMV7_SECURE_MAX_SIZE
/*
*We are not checking (__secure_end - __secure_start) here,
*as these are the load addresses, and do not include the
*stack section. Instead, use the end of the stack section
*and the start of the text section.
*/
ASSERT((. - ADDR(.secure_text)) <=CONFIG_ARMV7_SECURE_MAX_SIZE,
"Error: secure section exceeds secure memory size");
#endif
}
#ifndef__ARMV7_PSCI_STACK_IN_RAM
/* Reset VMA but don't allocate space if wehave secure SRAM */
. = LOADADDR(.secure_stack);
#endif
#endif
.__secure_end : AT(ADDR(.__secure_end)) {
*(.__secure_end)
LONG(0x1d1071c); /* Must output something to reset LMA */
}
#endif
. = ALIGN(4);
/*代码段结束后，有可能4bytes不对齐了，此时做好4bytes对齐，以开始后面 的.rodata段*/
.rodata : {*(SORT_BY_ALIGNMENT(SORT_BY_NAME(.rodata*))) }
/*在代码段之后，存放read only数据段*/
. = ALIGN(4);
/*和前面一样，4bytes对齐，以开始接下来的.data段*/
.data : {
*(.data*)
/*可读写数据段*/
}
. = ALIGN(4);
. = .;
. = ALIGN(4);
.u_boot_list : {
KEEP(*(SORT(.u_boot_list*)));
/*.data段结束后，紧接着存放u-boot自有的一些function，例如u-boot command等*/
}
. = ALIGN(4);
.__efi_runtime_start : {
*(.__efi_runtime_start)
}
.efi_runtime : {
*(efi_runtime_text)
*(efi_runtime_data)
}
.__efi_runtime_stop : {
*(.__efi_runtime_stop)
}
.efi_runtime_rel_start :
{
*(.__efi_runtime_rel_start)
}
.efi_runtime_rel : {
*(.relefi_runtime_text)
*(.relefi_runtime_data)
}
.efi_runtime_rel_stop :
{
*(.__efi_runtime_rel_stop)
}
. = ALIGN(4);
.image_copy_end :
{
*(.__image_copy_end)
/*至此，u-boot需要自拷贝的内容结束，总结一下，包括代码段，数据段，以及u_boot_list*/
}
.rel_dyn_start :
/*在老的uboot中，如果我们想要uboot启动后把自己拷贝到内存中的某个地方，只要把要拷贝的地址写给TEXT_BASE即可，然后boot启动后就会把自己拷贝到TEXT_BASE内的地址处运行，在拷贝之前的代码都是相对的，不能出现绝对的跳转，否则会跑飞。在新版的uboot里（2013.07），TEXT_BASE的含义改变了。它表示用户要把这段代码加载到哪里，通常是通过串口等工具。然后搬移的时候由uboot自己计算一个地址来进行搬移。新版的uboot采用了动态链接技术，在lds文件中有__rel_dyn_start和__rel_dyn_end，这两个符号之间的区域存放着动态链接符号，只要给这里面的符号加上一定的偏移，拷贝到内存中代码的后面相应的位置处，就可以在绝对跳转中找到正确的函数。*/
{
*(.__rel_dyn_start)
}
.rel.dyn : {
*(.rel*)
/*动态链接符存放在的段*/
}
.rel_dyn_end :
{
*(.__rel_dyn_end)
/*动态链接符段结束*/
}
.end :
{
*(.__end)
}
_image_binary_end = .;
/*bin文件结束*/
/*
* Deprecated: this MMU section isused by pxa at present but
* should not be used by newboards/CPUs.
*/
. = ALIGN(4096);
.mmutable : {
*(.mmutable)
}
/*
* Compiler-generated __bss_startand __bss_end, see arch/arm/lib/bss.c
编译器生成的__bss_start和__bss_end，参见arch/arm/lib/bss.c
* __bss_base and __bss_limit arefor linker only (overlay ordering)
__bss_base和__bss_limit仅用于链接器(覆盖排序)
*/
/*bss段的描述*/
.bss_start __rel_dyn_start (OVERLAY) : {
KEEP(*(.__bss_start));
__bss_base = .;
}
.bss __bss_base (OVERLAY) : {
*(.bss*)
. =ALIGN(4);
__bss_limit = .;
}
.bss_end __bss_limit (OVERLAY) : {
KEEP(*(.__bss_end));
/*bss段的描述结束*/
}
.dynsym _image_binary_end : { *(.dynsym) }
.dynbss : { *(.dynbss) }
.dynstr : { *(.dynstr*) }
.dynamic : { *(.dynamic*) }
.plt : { *(.plt*) }
.interp : { *(.interp*) }
.gnu.hash : { *(.gnu.hash) }
.gnu : { *(.gnu*) }
.ARM.exidx : { *(.ARM.exidx*) }
.gnu.linkonce.armexidx : {*(.gnu.linkonce.armexidx.*) }
}
从u-boot.lds的L15行ENTRY(_start)可以看出开机时候的入口执行函数是__start,那么这个__start到底是先执行start.S里面的呢还是其他地方的，还是看u-boot.lds如下图
开机执行地址0后，对齐字节后，u-boot将自己拷贝到RAM，然后先执行的vectors.S，__start里面做了什么可以从vectors.S中看到如下图：
跳转到reset，也就是start.S里面的reset如下图：
在这里设置了SVC工作模式，关闭了FIQ和IRQ中断。接着往下看。
注：详细的跳转是__start(vectors.S)--->reset(start.S)--->save_boot_params(start.S)--->save_boot_params_ret(start.S)--->cpu_init_cp15(start.S)--->cpu_init_crit(start.S)--->lowlevel_init(忽略)--->_main(crt0.S)--->board_init_f(直接搜索函数在c中)
Board_init_f中会有初始化的一系列函数，例如serial_init,console_init_f,dram_init等等如下图所示
八、 新源码尝试
于2018年1月到TI官网上看到有关SDK的更新，建议的源码包也对应的支持更高版本的了，具体如下：
下载u-boot-2017.01.tar.bz2这个版本，较之前的版本有部分改动，具体先从boards.cfg说起，新的版本里面已经找不到这个boards.cfg的文件了，多了一个configs的文件夹，里面包含了各个板卡的配置文件。
可以看出类似内核的make menuconfig的一些配置，那么应该可以直接make am43xx_evm_defconfig这样生成.config文件进行make编译。
九、 精简U-BOOT源码
有时候我们需要查看源码来定制U-BOOT的开发，但是下载下来的U-BOOT源码往往支持很多平台和CPU架构，我们需要把我们有关的程序保留下来，删除其他平台的程序，直接删除平台的目录，会同时删除掉目录中的kconfig等文件，影响编译，所以我们想办法把我们编译过程中涉及到的源码都保留，没有涉及的源码都删除，编译成.o文件的c源码都保留，其他的删除。
大致通过find找出所以编译生成.o的文件列表记录到tmp.txt文件，然后sed删除tmp.txt每行最后的o转换成tmp2.txt，在通过sed在文件后面增加*，最后如下图所示：
先通过find ./ -name *.o > tmp.txt将找到编译生成的.o文件列表记录成tmp.txt文件，然后把.o都改成.*通过sed 's/.$//' tmp.txt > tmp2.txt生成一个tmp2.txt文件，去除每行最后的.o，然后通过sed's/$/&*/g' tmp2.txt > tmp3.txt生成一个tmp3.txt在最后增加.*，如下图所示
备份好之后就可以在arch目录下通过find ./-name *.S | xargs rm -rf删除所有.c和.S文件，删除完直接解压bk.tar.gz，make distclean && makeam43xx_evm_defconfig && make如下结果：
关闭SPL功能后可以make成功，至此所有编译无关的程序都被删除了。
将以上步骤做成src-clean.sh脚本如下：
#!/bin/bash
echo "All uncompiled programs will be deleted!"
cd ${PWD} || exit
read -r -p "Have you confirmed thecompilation,Invalid input is NO! [Y/n] " input
case $inputin
[yY][eE][sS]|[yY])
echo "Yes"
;;
[nN][oO]|[nN])
echo "No"
exit
;;
*)
echo "No"
exit
;;
esac
find ./arch ./board -name *.o > tmp.txt
sed 's/.$//' tmp.txt > tmp2.txt || exit
sed 's/$/&*/g' tmp2.txt > tmp3.txt || exit
cat tmp3.txt
tar -zcvf bk.tar.gz `cat tmp3.txt` || exit
find ./arch ./board -name *.S | xargs rm -rf
find ./arch ./board -name *.c | xargs rm -rf
rm -rf tmp.txt tmp2.txt tmp3.txt
tar -zxvf bk.tar.gz
rm -rf bk.tar.gz
十、 常用命令
调试以太网phy的mii命令：
mii device 查看当前所有phy设备
mii device
mii info
mii read
mii write
mii dump
SD卡mmc命令：
mmc info 查看当前设备的信息
mmc rescan 重新查找设备
mmc dev [dev] 选中设备
mmc list 列举所有设备
mmc part 列举当前设备的分区情况
mmc read
mmc write
注：addr：读取到内存的位置
blk#：是mmc内的块号，这个位置是mmc的0地址的偏移量，16进制，block单位是512字节
cnt：读取block个数，16进制
NAND Flash命令：
nand info 查看可以使用的Nand Flash
nand device [dev] 显示或设定当前使用的Nand Flash
nand read
的数据到RAM的addr地址
nand write
烧写到Nand的off偏移地址
nand erase
nand bad 显示Nand Flash的坏块
nand erase.chip 擦除整块Nand Flash中的数据
SPI命令：
sf probe
选择spi flash
sf read
从spi flash的偏移地址offset开始读取len个字节的内容到内存addr处
sf write
将内存addr开始的len个字节的内容写到spi flash的偏移地址offset处
sf erase
擦除spi flash的偏移地址offset处开始的len个字节的数据
内存操作命令：
nm [.b, .w, .l]
修改内存值 (指定地址)mm [.b, .w, .l]
修改内存值 (地址自动加一)md [.b, .w, .l]
显示内存值mw [.b, .w, .l]
cp [.b, .w, .l]
十一、 增加自定义命令
添加自己的新命令
l 在cmd目录下增加源码；
l 在cmd/Makefile中添加该命令的编译；
l 在cmd/Kconfig中添加该命令的编译配置；
l 编译uboot。
使能或修改原支持的命令
l 在cmd/Kconfig中添加该命令的编译配置；
l 在menuconfig中选中该命令；
l 编译uboot；
l 如果编译出错，根据提示，在include/configs/xxx_evm.h中增加相应的宏定义。