S5PV210之UBOOT-2011.06启动过程解析
//主题：S5PV210之UBOOT-2011.06启动过程解析
//作者：[email protected]
//版权：kevinjz原创
//平台：S5PV210 ARMV7 TINY210
//发布日期：2012-05-24
//最后修改：2012-05-24
//注意事项：欢迎转载，但不得在转载的时候擅自修改、删除文章的任何部分
//-------------------------------------------------------------------------------------------------
本文使用的UBOOT版本：u-boot for tiny210 ver3.1 (by liukun321咕唧咕唧)
源码地址：http://blog.csdn.net/liukun321/article/details/7438880#comments
感谢作者liukun321的辛勤劳动啊，呵呵！
一、配置与使用
1、在系统根目录下的Makefile中的第601行，通过下列语句：
sinclude$(obj).boards.depend
$(obj).boards.depend: boards.cfg
awk'(NF && $$1 !~ /^#/) { print $$1 ": " $$1 "_config;$$(MAKE)" }' $< > $@
读取了boards.cfgboards.cfg中关于tiny210_onfig的配置项，其中.boards.depend是隐藏文件；
2、在Makefile的106行添加：
+ ifeq($(ARCH), arm)
+ CROSS_COMPILE= arm-none-linux-gnueabi-
+ endif
这样配置好了默认的编译器；
3、在根目录下执行：
$make tiny210_config
$make -j
即可在根目录得到tiny210-uboot.bin，可用于SD卡启动和NAND启动；
4、烧入SD卡的时候使用下面命令：
$sudodd iflag=dsync oflag=dsync if=tiny210-uboot.bin of=/dev/sdb seek=1
dd命令用于对SD进行烧写，根据三星手册《S5PV210_iROM_ApplicationNote_Preliminary_20091126》，将tiny210-uboot.bin烧写到，SD卡的第一个Block，保留第0个block不用，每个block=512B。
5、从SD卡启动后可以就可以将UBOOT烧写到nand里了：
$tftp 21000000 tiny210-uboot.bin
$nand erase 0 40000
$nand write 21000000 0 40000
二、启动流程分析
按照三星《S5PV210_UM_REV1.1》手册上说明的启动流程，S5PV210上电将从IROM处执行固化的启动代码，对时钟等初始化、对启动设备进行判断，并从启动设备中复制BL1（最大16KB）到IRAM（0xd002_0000处，其中0xd002_0010之前的16个字节储存的BL1的校验信息和BL1尺寸）中，并对BL1进行校验，校验OK转入BL1进行执行；BL1继续初始化，并将BL2复制到IRAM中并对其校验，OK后转入BL2；BL2则要进行比较复杂的初始化，包括DRAM的初始化，完成后将OS代码复制到DRAM中，并转入到OS中执行并完成启动引导。
但是，上述的IRAM只有96K大小，对于日益复杂的uboot来说，肯定是不够的，所以使用UBOOT启动引导的时候，也没全按三星手册上说的执行，具体如下：
首先解释一下我认为的BL0、BL1、BL2：
BL0：是指S5PV210的IROM中固化的启动代码；
BL1：是指在IRAM中执行的UBOOT的部分代码；
BL2：是指在内存中执行的的UBOOT的完整代码；
此版本的UBOOT，其实会编译两个UBOOT.bin，即最终生成的tiny210-uboot.bin包括两部分，前段是spl（重用u-boot中既有的驱动,来生成更小的secondaryprogramloader）文件夹内的tiny210-spl.bin，后段是用于在RAM中执行的完整UBOOT代码。所以学习UBOOT代码是也要两个部分来看。
1、第一步与三星手册上一致，执行IROM内固化的代码，即BL0，BL0会将存储于启动设备的UBOOT代码的前16KB：tiny210-spl.bin复制到IRAM。（tiny210-spl.bin设置为24KB了，但实际绝不会超过16KB，后面全填充的0，所以拷不完也OK。这里是liukun321为了统一MMC与NAND启动而作的修改，也许改成16K就应该OK了，应为IROM里的代码最多拷贝16K进IRAM嘛，一会改改试试。所以呢实际上执行BL1就是执行tiny210-spl.bin。在UBOOT的代码中并不会看到tiny210-spl.bin和完整的UBOOT代码分开两套文件进行编写，都在同样的文件中，只是通过宏定义来控制执行流程，SPL文件夹内由自己的Makefile文件。
2、第一步入口程序是/arch/arm/cpu/armv7/start.S中的_start，设置异常向量地址（地址由ARM 架构决定，不能改变），执行reset，进入SVC32模式，并调用cpu_init_crit对ARM的CP15寄存器进行设置，如清空TLB，关闭MMU等，进入/board/samsung/tiny210/lowlevel_init.S中的lowlevel_init中，进行低级初始化，主要是对时钟、内存、串口、nand等进行初始化，为下一步的代码拷贝做准备。
3、从lowlevel_init出来之后执行call_board_init_f，通过读取OMR_OFFSET寄存器的值，对启动设备进行判断，看看是从mmc启动还是nand启动，判断好后跳入mmc_boot.c或nand_cp.c中，将UBOOT代码拷贝到内存中，地址为_TEXT_BASE:在tiny210.h中定义为0x23e0_0000，换成别的地方也可以,比如3000_0000（注：在跳转到内存中执行之前，所有的语句都是基于PC寻址的，也就是说和代码具体存放的地址没有关系，进行跳转的时候都会计算出跳转目标相对与PC的位置，在跳转过去。）。这里有一个很大的问题，稍后讨论。拷贝完成后直接冲0x23e0_0000出开始执行。那么执行的是什么呢，那先看看拷贝的是什么吧！
a.nand启动
在/arch/arm/cpu/armv7/s5pc1xx/nand_cp.c中，第105行：
for(i = (0x6000>>page_shift); i < (size>>page_shift);i++, buf+=(1<<page_shift)) {
nandll_read_page(buf,i, large_block);
}
指定了拷贝的起始page是nand起始24K之后的第一个PAGE，偏移0x6000的位置，该地址上存储的是完整的UBOOT在RAM中执行的完整启动代码；
b.mmc启动
在/arch/arm/cpu/armv7/s5pc1xx/mmc_boot.c中，第49行：
#defineMOVI_BL2_POS ((eFUSE_SIZE / MOVI_BLKSIZE) +MOVI_BL1_BLKCNT + MOVI_ENV_BLKCNT)
经计算MOVI_BL2_POS位于第24.5K的位置，也即第49个block，偏移0x6200的位置，该地址上存储的同样是UBOOT在RAM中执行的完整启动代码；
注：针对第一点提出的将24K偏移改成16K，经过验证：改成16KB并不可行，其实这里不仅仅是BL1的容量的问题，UBOOT_SPL.BIN实际上只有4K不到，所以对于nand启动来说4KB就足够了，但是对于MMC启动来说却不行，因为SD卡的布局并不一样，它在BL1与BL2之间还插入了16KB的ENV区，所以只能是24K，而对NAND的ENV区在BL2之后了。
所以，无论是MMC启动还是NAND启动，将代码copy到DRAM中并跳转之后，执行的是DRAM中的_start入口函数，重新执行一遍UBOOT，但是一些宏定义已经发生变化，如CONFIG_SPL_BUILD被取消定义，相应的代码也不会执行。
4、因为第一编执行UBOOT的时候ARM的状态都已经初始化OK了，包括时钟，内存等，第二遍执行时只是跳转到内存中执行了，所以这里判断是否在DRAM中执行，如果在内存中执行，则可以直接跳到call_board_init_f去进行班级初始化。当然，源码并不是这样执行的，而是重新执行RESET、LOWLEVEL_INIT等函数，但我验证过，可以不用执行。有兴趣的同志也可以验证一下。
5 、进入board_init_f以后将：
a、对gd_t数据结构(include/asm/global_data.h中定义)进行初始化，并填入相关数据，如内存大小、UBOOT镜像长度等；
b、对打印CPU信息、UBOOT版本信息等，并对串口、console进一步初始化，输出nand信息，对内存大小进行计算，并打印出来。
c、为UBOOT的重定向设置物理地址，重定向后UBOOT可使用的end地址为0x3fff_0000,
UBOOT镜像起始地址为0x3ff8_5000。
打印调试信息：
TLBtable at: 3fff0000
Topof RAM usable for U-Boot at: 3fff0000
Reserving424k for U-Boot at: 3ff85000
Reserving928k for malloc() at: 3fe9d000
Reserving24 Bytes for Board Info at: 3fe9cfe8
Reserving120 Bytes for Global Data at: 3fe9cf70
NewStack Pointer is: 3fe9cf60
第一个疑问：
第201行：
/*Pointer is writable since we allocated a register for it */
gd= (gd_t *) ((CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR) & ~0x07);
打印CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR的值为0x20ff_ff80，为啥gd_t数据结构会在这个位置，之后好像没有看到重定向gd数据结构的代码！
6、完成board_init_f中的处理后，转入start.S中的relocate_code函数进行代码搬运及重定向。搬运完成之后，清空BSS后转入board.c中的board_init_r函数执行。
第二个疑问：
这里重定向的意义是什么？以前S3C6410或S3C2410的UBOOT中对代码进行重定向是将代码从FLASH或nand或MMC中复制到内存中，但是这里之前的代码已经将UBOOT从nand或mmc复制到了DRAM中，而且目前也是运行在DRAM中。那么为什么在之前的代码中不直接将UBOOT复制到0x3ff8_5000，就可以省去relocate_code步骤？我尝试将CONFIG_SYS_TEXT_BASEdefine为0x3ff8_5000过之后，UBOOT可以启动，但所有的CMD都丢失了，比如：Unknowncommand 'printenv' - try 'help'？目前也没搞明白哪里出问题了！
7、在board_init_r中，会清空malloc()区的内存，对nand、MMC等进行初始化，执行env_relocate()对环境变量进行初始化（第6步中的问题不知道是不是由于这个函数没有处理好引起的，研究了半天也没发现问题），如果将环境变量保存在NAND中，则会将其读入到内存中来。如果出现什么问题的话，就使用默认的环境变量代替。此步还会对网络、中断等进行初始化。全部初始化完成之后则跳入/common/main.c中的main_loop()中执行，等待用户命令或自动加载内核。
三、总结
本文对S5PV210平台UBOOT的启动流程做了分析，并对一些有疑问的地方做了验证，比如哪一块代码会执行两遍，哪一块代码第二编制行的时候可以省去等。
验证的方法一般就是电灯或者判断代码执行的位置等。另外，调试过程需要多次的进行烧写，如果每次都敲命令进行烧写的华会很费时间的，所以最好是在/common/main.c中写一个自己的的菜单，并且将烧写任务设为一个命令就行了，这样会轻松一些。
本文到这里也只是初步了解了一下UBOOT的启动流程，很多具体的代码还有很多不明白的地方，比如nand、mmc、网卡的驱动啥的，慢慢在具体分析吧。还有，上面的两个问题，尤其是第二个问题，知道的同志吱一声，讨论讨论哈！
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本文使用的UBOOT版本：u-boot for tiny210 ver3.1 (by liukun321咕唧咕唧)
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感谢作者liukun321的辛勤劳动啊，呵呵！
一、配置与使用
1、在系统根目录下的Makefile中的第601行，通过下列语句：
sinclude$(obj).boards.depend
$(obj).boards.depend: boards.cfg
awk'(NF && $$1 !~ /^#/) { print $$1 ": " $$1 "_config;$$(MAKE)" }' $< > $@
读取了boards.cfgboards.cfg中关于tiny210_onfig的配置项，其中.boards.depend是隐藏文件；
2、在Makefile的106行添加：
+ ifeq($(ARCH), arm)
+ CROSS_COMPILE= arm-none-linux-gnueabi-
+ endif
这样配置好了默认的编译器；
3、在根目录下执行：
$make tiny210_config
$make -j
即可在根目录得到tiny210-uboot.bin，可用于SD卡启动和NAND启动；
4、烧入SD卡的时候使用下面命令：
$sudodd iflag=dsync oflag=dsync if=tiny210-uboot.bin of=/dev/sdb seek=1
dd命令用于对SD进行烧写，根据三星手册《S5PV210_iROM_ApplicationNote_Preliminary_20091126》，将tiny210-uboot.bin烧写到，SD卡的第一个Block，保留第0个block不用，每个block=512B。
5、从SD卡启动后可以就可以将UBOOT烧写到nand里了：
$tftp 21000000 tiny210-uboot.bin
$nand erase 0 40000
$nand write 21000000 0 40000
二、启动流程分析
按照三星《S5PV210_UM_REV1.1》手册上说明的启动流程，S5PV210上电将从IROM处执行固化的启动代码，对时钟等初始化、对启动设备进行判断，并从启动设备中复制BL1（最大16KB）到IRAM（0xd002_0000处，其中0xd002_0010之前的16个字节储存的BL1的校验信息和BL1尺寸）中，并对BL1进行校验，校验OK转入BL1进行执行；BL1继续初始化，并将BL2复制到IRAM中并对其校验，OK后转入BL2；BL2则要进行比较复杂的初始化，包括DRAM的初始化，完成后将OS代码复制到DRAM中，并转入到OS中执行并完成启动引导。
但是，上述的IRAM只有96K大小，对于日益复杂的uboot来说，肯定是不够的，所以使用UBOOT启动引导的时候，也没全按三星手册上说的执行，具体如下：
首先解释一下我认为的BL0、BL1、BL2：
BL0：是指S5PV210的IROM中固化的启动代码；
BL1：是指在IRAM中执行的UBOOT的部分代码；
BL2：是指在内存中执行的的UBOOT的完整代码；
此版本的UBOOT，其实会编译两个UBOOT.bin，即最终生成的tiny210-uboot.bin包括两部分，前段是spl（重用u-boot中既有的驱动,来生成更小的secondaryprogramloader）文件夹内的tiny210-spl.bin，后段是用于在RAM中执行的完整UBOOT代码。所以学习UBOOT代码是也要两个部分来看。
1、第一步与三星手册上一致，执行IROM内固化的代码，即BL0，BL0会将存储于启动设备的UBOOT代码的前16KB：tiny210-spl.bin复制到IRAM。（tiny210-spl.bin设置为24KB了，但实际绝不会超过16KB，后面全填充的0，所以拷不完也OK。这里是liukun321为了统一MMC与NAND启动而作的修改，也许改成16K就应该OK了，应为IROM里的代码最多拷贝16K进IRAM嘛，一会改改试试。所以呢实际上执行BL1就是执行tiny210-spl.bin。在UBOOT的代码中并不会看到tiny210-spl.bin和完整的UBOOT代码分开两套文件进行编写，都在同样的文件中，只是通过宏定义来控制执行流程，SPL文件夹内由自己的Makefile文件。
2、第一步入口程序是/arch/arm/cpu/armv7/start.S中的_start，设置异常向量地址（地址由ARM 架构决定，不能改变），执行reset，进入SVC32模式，并调用cpu_init_crit对ARM的CP15寄存器进行设置，如清空TLB，关闭MMU等，进入/board/samsung/tiny210/lowlevel_init.S中的lowlevel_init中，进行低级初始化，主要是对时钟、内存、串口、nand等进行初始化，为下一步的代码拷贝做准备。
3、从lowlevel_init出来之后执行call_board_init_f，通过读取OMR_OFFSET寄存器的值，对启动设备进行判断，看看是从mmc启动还是nand启动，判断好后跳入mmc_boot.c或nand_cp.c中，将UBOOT代码拷贝到内存中，地址为_TEXT_BASE:在tiny210.h中定义为0x23e0_0000，换成别的地方也可以,比如3000_0000（注：在跳转到内存中执行之前，所有的语句都是基于PC寻址的，也就是说和代码具体存放的地址没有关系，进行跳转的时候都会计算出跳转目标相对与PC的位置，在跳转过去。）。这里有一个很大的问题，稍后讨论。拷贝完成后直接冲0x23e0_0000出开始执行。那么执行的是什么呢，那先看看拷贝的是什么吧！
a.nand启动
在/arch/arm/cpu/armv7/s5pc1xx/nand_cp.c中，第105行：
for(i = (0x6000>>page_shift); i < (size>>page_shift);i++, buf+=(1<<page_shift)) {
nandll_read_page(buf,i, large_block);
}
指定了拷贝的起始page是nand起始24K之后的第一个PAGE，偏移0x6000的位置，该地址上存储的是完整的UBOOT在RAM中执行的完整启动代码；
b.mmc启动
在/arch/arm/cpu/armv7/s5pc1xx/mmc_boot.c中，第49行：
#defineMOVI_BL2_POS ((eFUSE_SIZE / MOVI_BLKSIZE) +MOVI_BL1_BLKCNT + MOVI_ENV_BLKCNT)
经计算MOVI_BL2_POS位于第24.5K的位置，也即第49个block，偏移0x6200的位置，该地址上存储的同样是UBOOT在RAM中执行的完整启动代码；
注：针对第一点提出的将24K偏移改成16K，经过验证：改成16KB并不可行，其实这里不仅仅是BL1的容量的问题，UBOOT_SPL.BIN实际上只有4K不到，所以对于nand启动来说4KB就足够了，但是对于MMC启动来说却不行，因为SD卡的布局并不一样，它在BL1与BL2之间还插入了16KB的ENV区，所以只能是24K，而对NAND的ENV区在BL2之后了。
所以，无论是MMC启动还是NAND启动，将代码copy到DRAM中并跳转之后，执行的是DRAM中的_start入口函数，重新执行一遍UBOOT，但是一些宏定义已经发生变化，如CONFIG_SPL_BUILD被取消定义，相应的代码也不会执行。
4、因为第一编执行UBOOT的时候ARM的状态都已经初始化OK了，包括时钟，内存等，第二遍执行时只是跳转到内存中执行了，所以这里判断是否在DRAM中执行，如果在内存中执行，则可以直接跳到call_board_init_f去进行班级初始化。当然，源码并不是这样执行的，而是重新执行RESET、LOWLEVEL_INIT等函数，但我验证过，可以不用执行。有兴趣的同志也可以验证一下。
5 、进入board_init_f以后将：
a、对gd_t数据结构(include/asm/global_data.h中定义)进行初始化，并填入相关数据，如内存大小、UBOOT镜像长度等；
b、对打印CPU信息、UBOOT版本信息等，并对串口、console进一步初始化，输出nand信息，对内存大小进行计算，并打印出来。
c、为UBOOT的重定向设置物理地址，重定向后UBOOT可使用的end地址为0x3fff_0000,
UBOOT镜像起始地址为0x3ff8_5000。
打印调试信息：
TLBtable at: 3fff0000
Topof RAM usable for U-Boot at: 3fff0000
Reserving424k for U-Boot at: 3ff85000
Reserving928k for malloc() at: 3fe9d000
Reserving24 Bytes for Board Info at: 3fe9cfe8
Reserving120 Bytes for Global Data at: 3fe9cf70
NewStack Pointer is: 3fe9cf60
第一个疑问：
第201行：
/*Pointer is writable since we allocated a register for it */
gd= (gd_t *) ((CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR) & ~0x07);
打印CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR的值为0x20ff_ff80，为啥gd_t数据结构会在这个位置，之后好像没有看到重定向gd数据结构的代码！
6、完成board_init_f中的处理后，转入start.S中的relocate_code函数进行代码搬运及重定向。搬运完成之后，清空BSS后转入board.c中的board_init_r函数执行。
第二个疑问：
这里重定向的意义是什么？以前S3C6410或S3C2410的UBOOT中对代码进行重定向是将代码从FLASH或nand或MMC中复制到内存中，但是这里之前的代码已经将UBOOT从nand或mmc复制到了DRAM中，而且目前也是运行在DRAM中。那么为什么在之前的代码中不直接将UBOOT复制到0x3ff8_5000，就可以省去relocate_code步骤？我尝试将CONFIG_SYS_TEXT_BASEdefine为0x3ff8_5000过之后，UBOOT可以启动，但所有的CMD都丢失了，比如：Unknowncommand 'printenv' - try 'help'？目前也没搞明白哪里出问题了！
7、在board_init_r中，会清空malloc()区的内存，对nand、MMC等进行初始化，执行env_relocate()对环境变量进行初始化（第6步中的问题不知道是不是由于这个函数没有处理好引起的，研究了半天也没发现问题），如果将环境变量保存在NAND中，则会将其读入到内存中来。如果出现什么问题的话，就使用默认的环境变量代替。此步还会对网络、中断等进行初始化。全部初始化完成之后则跳入/common/main.c中的main_loop()中执行，等待用户命令或自动加载内核。
三、总结
本文对S5PV210平台UBOOT的启动流程做了分析，并对一些有疑问的地方做了验证，比如哪一块代码会执行两遍，哪一块代码第二编制行的时候可以省去等。
验证的方法一般就是电灯或者判断代码执行的位置等。另外，调试过程需要多次的进行烧写，如果每次都敲命令进行烧写的华会很费时间的，所以最好是在/common/main.c中写一个自己的的菜单，并且将烧写任务设为一个命令就行了，这样会轻松一些。
本文到这里也只是初步了解了一下UBOOT的启动流程，很多具体的代码还有很多不明白的地方，比如nand、mmc、网卡的驱动啥的，慢慢在具体分析吧。还有，上面的两个问题，尤其是第二个问题，知道的同志吱一声，讨论讨论哈！