移植uboot[2020.10.r4]--Apple的学习笔记

时间过的真快呀，一眨眼已经十年过去了。记得首次学习uboot的时候是十年前，通过看readme来学习的，然后学习了汇编和makefile及uboot流程及kernel的传参等。至少花费了2个多月业余时间。
本轮重新学习也是有必要性的，技术及框架都在不断的更新，之前是没有SPL及设备树的。之前是初学了解，本次学习的目的则是进一步了解，并且查漏补缺。侧重memory这块，因为它是很重要的一块内容，而我以前缺我重视，然后对应图形图像也和memory有关。所以作为我本轮学习的重点内容。

目标：

1.下载了最新版本uboot 2020_10_r4进行编译后，期望能正常引导。--ok
2.定制化，删除无用功能，保留必要功能。（不用修改代码及makefile进行深度定制，只要能随心所欲的进行Kconfig配置修改即可）--ok
3.了解启动后函数调用关系。--ok
4.了解文件夹含义及框架。--ok
5.结合芯片手册，看懂连接脚本中的分区。启动位置等。--ok
6.SPL及uboot时候的堆栈布局。--ok

问题1：无法识别uboot.img

U-Boot SPL 2020.10-rc4 (Sep 14 2020 - 20:30:39 +0800)
WDT:   Not found!
Trying to boot from MMC1
Loading Environment from FAT... *** Warning - bad CRC, using default environment

Loading Environment from MMC... *** Warning - bad CRC, using default environment

spl_load_image_fat: error reading image u-boot.img, err - -2
Loading Environment from FAT... *** Warning - bad CRC, using default environment

Loading Environment from MMC... *** Warning - bad CRC, using default environment

spl_load_image_ext: ext4fs mount err - 0
SPL: failed to boot from all boot devices
### ERROR ### Please RESET the board ###

根本原因，我没有copy u-boot.img到fat32的boot文件夹。

问题2：在include/log.h中添加#define DEBUG后，编译出错，说超过了sram定义的空间大小

image.png

想要快速看懂linux框架代码，不方便像单片机这样单步走或者打断点看callstack，当然linux可以通过gdb，但是最常用的方法还是通过打印信息。并且debug函数早已经添加入了，为什么不用呢！通过debug进入后，发现需要开启DEBUG宏。修改代码后报错。正好需要分析下lds链接文件。
uboot中用的lds文件路径在哪里？
1. u-boot.lds路径
找编译使用的文件，那么必须靠Makefile这张地图呢~通过搜索lds关键字，进行反向关联搜索，找到如下信息后，确认board\ti\am335x\u-boot.lds是bb-black的路径。我对比了下arch/arm/cpu下的u-boot.lds后发现ti文件夹中少了security相关位置的布局，所以我将ti路径下的u-boot.lds修改为u-boot_bak.lds等于makfile搜索的时候为空则去arch/arm/cpu下找。结果也能正常启动。

.config文件
CONFIG_SYS_ARCH="arm"
CONFIG_SYS_CPU="armv7"
CONFIG_SYS_SOC="am33xx"
CONFIG_SYS_VENDOR="ti"
CONFIG_SYS_BOARD="am335x"
CONFIG_SYS_CONFIG_NAME="am335x_evm"
CONFIG_SPL_LDSCRIPT="arch/arm/mach-omap2/u-boot-spl.lds"
=============================
config.mk文件

BOARD := $(CONFIG_SYS_BOARD:"%"=%)
ifneq ($(CONFIG_SYS_VENDOR),)
VENDOR := $(CONFIG_SYS_VENDOR:"%"=%)
endif
=============================
config.mk文件
ifneq ($(BOARD),)
ifdef   VENDOR
BOARDDIR = $(VENDOR)/$(BOARD)
else
BOARDDIR = $(BOARD)
endif
=============================
Makefile文件
    ifeq ($(wildcard $(LDSCRIPT)),)
        LDSCRIPT := $(srctree)/board/$(BOARDDIR)/u-boot.lds
    endif
    ifeq ($(wildcard $(LDSCRIPT)),)
        LDSCRIPT := $(srctree)/$(CPUDIR)/u-boot.lds
    endif
    ifeq ($(wildcard $(LDSCRIPT)),)
        LDSCRIPT := $(srctree)/arch/$(ARCH)/cpu/u-boot.lds
    endif
=============================

2.u-boot-spl.lds路径
arch\arm\mach-omap2下。针对上图的sarm不够报错。
MEMORY { .sram : ORIGIN = IMAGE_TEXT_BASE,LENGTH = IMAGE_MAX_SIZE }
我没有找到LENGTH的值。最后在编译生成路径spl文件中发现也有u-boot-spl.lds文件，打开查看可以看到具体值。
MEMORY { .sram : ORIGIN = 0x402F0400, LENGTH = ((0x4030B800 - 0x00000400) - 0x402F0400) }
通过搜索关键字0x4030B800找到了arch/arm/include/asm/mach-am33xx/omap.h中定义的。我将此值改大16K，变为0x4030F800。因为原定义长度为108K，其实sarm为64K+64K有128K-1K。结果编译通过，但是SPL无法启动。后来想了下，估计还有堆栈需要使用的空间，我这样修改宏堆栈不够用了，或者堆栈的位置不正确了。
那么要解决问题2，还有另外一个方法，就是优化代码。因为我看了编译出来的u-boot-spl.map文件里面有很多usb啊，i2c啊，以太网能函数。其实spl中用不到的呀。
通过修改配置，spl中将一些原来配置为y的改成n
结果编译不通过。

arm-linux-gnueabihf-ld.bfd: board/ti/am335x/built-in.o: in function `detect_daughter_board_profile':
/home/applecai/studybr/u-boot-2020.10-rc4/board/ti/am335x/mux.c:346: undefined reference to `i2c_get_chip_for_busnum'
arm-linux-gnueabihf-ld.bfd: /home/applecai/studybr/u-boot-2020.10-rc4/board/ti/am335x/mux.c:349: undefined reference to `dm_i2c_read'
arm-linux-gnueabihf-ld.bfd: board/ti/am335x/built-in.o: in function `sdram_init':
/home/applecai/studybr/u-boot-2020.10-rc4/board/ti/am335x/board.c:553: undefined reference to `gpio_request'
arm-linux-gnueabihf-ld.bfd: /home/applecai/studybr/u-boot-2020.10-rc4/board/ti/am335x/board.c:554: undefined reference to `gpio_direction_output'
arm-linux-gnueabihf-ld.bfd: /home/applecai/studybr/u-boot-2020.10-rc4/board/ti/am335x/board.c:558: undefined reference to `gpio_request'
arm-linux-gnueabihf-ld.bfd: /home/applecai/studybr/u-boot-2020.10-rc4/board/ti/am335x/board.c:559: undefined reference to `gpio_direction_output'
arm-linux-gnueabihf-ld.bfd: board/ti/common/built-in.o: in function `ti_i2c_eeprom_get':
/home/applecai/studybr/u-boot-2020.10-rc4/board/ti/common/board_detect.c:99: undefined reference to `dm_i2c_probe'
arm-linux-gnueabihf-ld.bfd: /home/applecai/studybr/u-boot-2020.10-rc4/board/ti/common/board_detect.c:106: undefined reference to `i2c_set_chip_offset_len'
arm-linux-gnueabihf-ld.bfd: /home/applecai/studybr/u-boot-2020.10-rc4/board/ti/common/board_detect.c:110: undefined reference to `dm_i2c_read'
arm-linux-gnueabihf-ld.bfd: /home/applecai/studybr/u-boot-2020.10-rc4/board/ti/common/board_detect.c:131: undefined reference to `dm_i2c_read'
arm-linux-gnueabihf-ld.bfd: /home/applecai/studybr/u-boot-2020.10-rc4/board/ti/common/board_detect.c:120: undefined reference to `i2c_set_chip_offset_len'
arm-linux-gnueabihf-ld.bfd: /home/applecai/studybr/u-boot-2020.10-rc4/board/ti/common/board_detect.c:124: undefined reference to `dm_i2c_read'
arm-linux-gnueabihf-ld.bfd: drivers/built-in.o: in function `tps65217_reg_read':
/home/applecai/studybr/u-boot-2020.10-rc4/drivers/power/pmic/pmic_tps65217.c:24: undefined reference to `dm_i2c_read'
arm-linux-gnueabihf-ld.bfd: drivers/built-in.o: in function `tps65217_reg_write':
/home/applecai/studybr/u-boot-2020.10-rc4/drivers/power/pmic/pmic_tps65217.c:58: undefined reference to `dm_i2c_read'
arm-linux-gnueabihf-ld.bfd: /home/applecai/studybr/u-boot-2020.10-rc4/drivers/power/pmic/pmic_tps65217.c:83: undefined reference to `dm_i2c_write'
arm-linux-gnueabihf-ld.bfd: /home/applecai/studybr/u-boot-2020.10

主要是缺GPIO和SPI的链接。再修改spl配置，使能GPIO和SPI，编译通过。打印出很多。fs/fat/fat.c 238行注释掉。
最后SPL和uboot都成功打印出了调试信息。SPL打印了约3000行的注释呀！

image.png

那么我还是不知道128K为什么只能用108K。难道0x4030B800是个特殊地质，后来打开UM后同样搜索关键字0x4030B800，找到了答案，果然是这样的。image大小不能超过10K。
芯片手册描述为**Download Image
This area is used by the Public ROM Code to store the downloaded boot image. It can be up to 109KB on the GP Device and 46KB for the HS device.

问题4：WTD not found的问题如何解决？

由于可以打开调试信息，则便于看到其他具体的内容。uboot里面配置了DM。通过driver和device匹配来实现驱动。
通过调试信息的关键字。

U-Boot SPL 2020.10-rc4 (Sep 15 2020 - 21:26:48 +0800)
0 0
size=x, ptr=18, limit=40: 81f00028
   - not found
1 0
   - not found
WDT:   Not found by seq!
WDT:   Not found!

先搜索Not found by seq!initr_watchdog函数里面有这2句，其实就是no device。然后就配置device吧！但是想了想SPL其实不需要watch dog，因为它就是初始化sram做运行动作。board_init_r函数会调initr_watchdog，而用CONFIG_SPL_WATCHDOG_SUPPORT我配置为y，改成n，就不会报错了。

U-Boot SPL 2020.10-rc4 (Sep 19 2020 - 16:17:46 +0800)
Trying to boot from MMC1
size=x, ptr=48, limit=70: 81f00028
size=x, ptr=4, limit=74: 81f00070
size=x, ptr=10, limit=84: 81f00074
apple cai
0 0
   - 0 -1 'gpio_omap'
   - 1 -1 'gpio_omap'
   - 2 -1 'gpio_omap'
   - 3 -1 'gpio_omap'
   - not found
size=x, ptr=f, limit=93: 81f00084
size=x, ptr=80, limit=114: 81f00094
size=x, ptr=4, limit=118: 81f00114
size=x, ptr=10, limit=128: 81f00118
apple cai
0 1
   - 0 0 'gpio_omap'
   - 1 -1 'gpio_omap'
   - 2 -1 'gpio_omap'
   - 3 -1 'gpio_omap'
   - not found

问题5：uboot流程

网上这块资料太多了，我需要站在巨人的肩膀上，挑选重点，快速看。

问题6：board_init_f在common文件夹下的board.c还是在board文件夹下？

我是最后通过map文件看出来uboot.map有initcall_run_list，而SPL没有。并且SPL下有board文件夹下特有的函数。所以判断SPL中调用的iboard_init_f在board文件夹下。我这是反向操作，正向应该从makefile分析，由于SPL和uboot的Makefile混搭在一起，我看起来比较累，之后有机会再研究Makefile。

问题7：uboot详细流程及SPL及uboot阶段memory布局是如何的？

我参考了网上的资料，主要掌握了方法，通过串口可以把gd结构体重的信息打印出来。

问题8：输出信息定制在哪里改？

board_r.c中遍历一个初始化列表，里面有就这些函数。比如board信息，在dts文件中替换model = "TI AM335x BeagleBone Black";变成自己的即可。这些c代码就比较简单了。
display_text_info
print_cpuinfo
show_board_info

问题9：uboot中会进行地址搬运，那么全局变量怎么处理呢？

uboot 对于重定位后链接地址和运行地址不一致的解决方法就是采用位置无关码，在使用 ld 进行链接的时候使用选项“-pie”生成位置无关的可执行文件。使用“-pie”选项以后会生成一个.rel.dyn 段。
LDFLAGS_u-boot += -pie

问题10：哪里是引导zImage的，需要传递哪些参数？

bootm_headers_t结构体很重要。 images->ep 保存着 Linux内核镜像的起始地址，起始地址保存的正是 Linux 内核第一行代码！
boot_jump_linux函数中kernel_entry(0, machid, r2);传3个参数，第一个为0.第二个为架构，第三给为设备树地址。【由于采用设备树，那么第二个参数其实没有什么用了，设备树有兼容性属性进行匹配】
Starting kernel ...就是announce_and_cleanup函数里面打印出来的。

问题11：我不想手工设置uenv.txt中的参数，如何实现？

uboot 中有两个非常重要的环境变量 bootcmd 和 bootargs。设置环境变量通过CONFIG_EXTRA_ENV_SETTINGS。板子第一次运行 uboot 的时候都会使用默认值来设置 bootcmd 环境变量。看文件 include/env_default.h就可以知道应该如何修改了。

思考及感悟

1. 这版uboot流程主要目的是补充学习memory这一块。其实以前单片机有下载到ram调试，也是类似的搬运到sram后启动。我现在想想am335它除了支持sd卡启动，也支持usb啊，串口等启动。若我做一个上位机，通过串口把u-boot下载到板子上，它也是可以启动起来了，就是单片机IDE下载软件调试一样。这个之后可以做实现下。

2. 既然我掌握了在ram中的地址分配及运行方法，我可以做一个好玩的技巧应用，就是当需要用某个功能的时候，把它下载进入，然后通过设置触发启动它，然后指针指向ram中函数地址，就可以运行这个函数了吧~这有什么应用场景暂时没有想到，但是是一件比较好玩的技巧，将来说不定在某些应用场景下可以用到。之后我也要实现下。

3. 之前学习中断及RTOS任务切换的时候，确实早就知道了PC，SP和LR的概念。但是对于armv7他们对应的寄存器是多少我还真搞不清楚。SP(r13),LR(r14),PC(r15)。看来关于arm内核寄存器及汇编指令还有协处理器，之后有必要的话还是要开个专题学习下。这样可以对比risv-c指令。另外arm是4字节对齐，thumb是2字节对齐。这部分内容在分配内存地址的时候都要注意。