U-BOOT环境变量实现
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转自http://blog.chinaunix.net/u2/70445/showart_1852111.html
1.相关文件
common/env_common.c
供u-boot调用的通用函数接口，它们隐藏了env的不同实现方式，比如dataflash, epprom, flash等
common/env_dataflash.c
env 存储在dataflash中的实现
common/env_epprom.c
env 存储在epprom中的实现
common/env_flash.c
env 存储在flash中的实现
common/env_nand.c
env 存储在nand中的实现
common/env_nvedit.c
实现u-boot对环境变量的操作命令
environment.c
环境变量以及一些宏定义
env如果存储在Flash中还需要Flash的支持。
2.数据结构
env 在 u-boot 中通常有两种存在方式，在永久性存储介质中（ Flash NVRAM等 ）在SDRAM，可以配置不使用 env 的永久存储方式，但这不常用。u-boot 在启动的时候会将存储在永久性存储介质中的 env 重新定位到 RAM 中，这样可以快速访问，同时可以通过saveenv将 RAM 中的 env 保存到永久性存储介质中。
在include/environment.h中定义了表示env的数据结构
typedef struct environment_s
{
unsigned long crc; /* CRC32 over data bytes */
#ifdef CFG_REDUNDAND_ENVIRONMENT
unsigned char flags; /* active/obsolete flags */
#endif
unsigned char data[ENV_SIZE]; /* Environment data */
} env_t;
关于以上结构的说明:
crc是u-boot在保存env 的时候加上去的校验头，在第一次启动时一般 crc校验会出错，这很正常，因为这时 Flash中的数据无效。
data字段保存实际的环境变量。u-boot 的 env 按 name=value”/0”的方式存储，在所有env的最后以”/0/0”表示整个 env 的结束。新的name=value对总是被添加到 env 数据块的末尾，当删除一个name=value对时，后面的环境变量将前移，对一个已经存在的环境变量的修改实际上先删除再插入。
env 可以保存在 u-boot 的 TEXT 段中，这样 env 就可以同 u-boot 一同加载入RAM中，这种方法没有测试过。
上文提到u-boot会将 env 从 flash 等存储设备重定位到 RAM 中，在 env 的不同实现版本（ env_xxx.c ）中定义了 env_ptr, 它指向 env在RAM中的位置。u-boot在重定位 env后对环境变量的操作都是针对 env_ptr。
env_t 中除了数据之外还包含校验头，u-boot 把env_t 的数据指针有保存在了另外一个地方,这就是 gd_t 结构（ 不同平台有不同的 gd_t结构 ）,这里以ARM为例仅列出和 env 相关的部分
typedef struct global_data
{
…
unsigned long env_off; /* Relocation Offset */
unsigned long env_addr; /* Address of Environment struct ??? */
unsigned long env_valid /* Checksum of Environment valid */
…
} gd_t;
<include/asm-arm/Global_data.h>
gd_t.env_addr 即指向 env_ptr->data。
3.ENV 的初始化
start_armboot : （ lib_arm/board.c ）
*env_init : env_xxx.c（ xxx = nand | flash | epprom … ）
env_relocate : env_common.c
*env_relocate_spec : env_xxx.c（ xxx=nand | flash | eporom… ）
3.1env_init
实现 env 的第一次初始化，对于nand env （非embedded方式）:
Env_nand.c : env_init
gd->env_addr = (ulong)&default_environment[0]; //先使gd->env_addr指向默认的环境变量
gd->env_valid = 1;// env 有效位置1
3.2 env_relocate
#ifdefine ENV_IS_EMBEDDED
…（略）
#else
env_ptr = (env_t *)malloc (CFG_ENV_SIZE);
#endif
if( gd->env_valid == 0) // 在 Env_annd.c : env_init 中已经将 gd->env_valid 置1
{
…
}
else
env_relocate_spec ();// 调用具体的 env_relocate_spec 函数
gd->env_addr = (ulong)&(env_ptr->data);// 最终完成将环境变量搬移到内存
这里涉及到两个和环境变量有关的宏
ENV_IS_EMBEDDED : env 是否存在于 u-boot TEXT 段中
CFG_ENV_SIZE : env 块的大小
实际上还需要几个宏来控制u-boot 对环境变量的处理
CFG_ENV_IS_IN_NAND : env 块是否存在于Nand Flash 中
CFG_ENV_OFFSET : env 块在 Flash 中偏移地址
3.3*env_relocate_spec
这里仅分析 Nand Flash 的 env_relocate_spec 实现
如果未设置 CFG_ENV_OFFSET_REDUND，env_relocate_spec的实现如下 :
void env_relocate_spec (void)
{
#if !defined(ENV_IS_EMBEDDED)
ulong total;
int ret;
total = CFG_ENV_SIZE;
ret = nand_read(&nand_info[0], CFG_ENV_OFFSET, &total, (u_char*)env_ptr);
if (ret || total != CFG_ENV_SIZE)
return use_default();
if (crc32(0, env_ptr->data, ENV_SIZE) != env_ptr->crc)
return use_default();
#endif /* ! ENV_IS_EMBEDDED */
}
上面的代码很清楚的表明了 env_relocate_spec 的意图，调用 nand_read 将环境变量从 CFG_ENV_OFFSET 处读出，环境变量的大小为CFG_ENV_SIZE 注意 CFG_ENV_OFFSET和 CFG_ENV_SIZE 要和 Nand Flash 的块/页边界对齐。读出数据后再调用crc32 对env_ptr->data进行校验并与保存在 env_ptr->crc 的校验码对比，看数据是否出错，从这里也可以看出在系统第一次启动时，Nand Flash 里面没有存储任何环境变量,crc校验肯定回出错，当我们保存环境变量后，接下来再启动板子u-boot就不会再报crc32出错了。
4. ENV 的保存
由上问的论述得知, env 将从永久性存储介质中搬到RAM里面，以后对env 的操作，比如修改环境变量的值，删除环境变量的值都是对这个 env 在RAM中的拷贝进行操作，由于RAM的特性，下次启动时所做的修改将全部消失，u-boot提供了将env 写回 永久性存储介质的命令支持 : saveenv，不同版本的 env （ nand flash, flash … ）实现方式不同，以Nand Flash 的实现（未定义CFG_ENV_OFFSET_REDUND）为例
Env_nand.c : saveenv
int saveenv(void)
{
ulong total;
int ret = 0;
puts ("Erasing Nand...");
if (nand_erase(&nand_info[0], CFG_ENV_OFFSET, CFG_ENV_SIZE))
return 1;
puts ("Writing to Nand... ");
total = CFG_ENV_SIZE;
ret = nand_write(&nand_info[0], CFG_ENV_OFFSET, &total, (u_char*)env_ptr);
if (ret || total != CFG_ENV_SIZE)
return 1;
puts ("done/n");
return ret;
}
Nand Flash 的 saveenv 命令实现很简单，调用nand_erase 和nand_write进行Nand Flash的 erase, write。nand_write/erase使用的是u-boot 的nand驱动框架，我在做开发的过程中使用的是nand_legacy驱动，所以可以把nand_erase和nand_write改成nand_legacy_erase和nand_legacy_rw就可实现nand_legacy驱动的保存环境变量版本。
1、参数表的结构定义在environment.c中，如下：
#ifdef CFG_REDUNDAND_ENVIRONMENT
# define ENV_HEADER_SIZE (sizeof(unsigned long) + 1)
#else
# define ENV_HEADER_SIZE (sizeof(unsigned long))
#endif
//除去参数表头后参数的长度最值
#define ENV_SIZE (CFG_ENV_SIZE - ENV_HEADER_SIZE)
typedef struct environment_s {
unsigned long crc; /* CRC32 over data bytes */
#ifdef CFG_REDUNDAND_ENVIRONMENT
unsigned char flags; /* active/obsolete flags */
#endif
unsigned char data[ENV_SIZE]; /* Environment data */
} env_t;
结构env_t参数表的结构非常简单，第一个成员就是crc，用于crc32校验，第二个参数是冗余的标志，最后一个就是参数数组了。所以参数头的长度ENV_HEADER_SIZE就是crc与flags之和，即为sizeof(long)+sizeof(char)。这个结构就是在内存和flash上表示参数表的结构。
参数表的最后一个成员data数组中存放所有的环境变量值，每个变量和值用‘=’号连接，而两个变量之间则通过’/0’分开，如下：
uchar default_environment[] = {
#ifdef CONFIG_BOOTARGS
"bootargs=" CONFIG_BOOTARGS "/0"
#endif
#ifdef CONFIG_BOOTCOMMAND
"bootcmd=" CONFIG_BOOTCOMMAND "/0"
#endif
……
"/0"
};
2、环境变量的初始化env_relocate()
Uboot在完成汇编部分的初始化之后，将跳到start_armboot()去执行，其中便会执行env_relocate()初始化环境变量。
去除了一些不执行的代码后，这个函数如下：
void env_relocate (void)
{
/*
* We must allocate a buffer for the environment
*/
env_ptr = (env_t *)malloc (CFG_ENV_SIZE); // 1
/*
* After relocation to RAM, we can always use the "memory" functions
*/
env_get_char = env_get_char_memory; // 2
if (gd->env_valid==0)
default_env(); // 3
else {
env_relocate_spec (); // 4
}
gd->env_addr = (ulong)&(env_ptr->data); // 5
}
第一步，初始化一个全局指针，它被定义为：
env_t *env_ptr = 0;
第二步，重新初始化函数指针，
static uchar env_get_char_init (int index);
uchar (*env_get_char)(int) = env_get_char_init;
该函数指针原来被初始化为env_get_char_init，现在改为env_get_char_memory。对于nand flash，这两个函数是一样的。
第三步，如果flash没有参数表，则使用默认参数，这里是通过default_env()来加载。
void default_env(void)
{
memset (env_ptr, 0, sizeof(env_t));
memcpy (env_ptr->data,
default_environment,
sizeof(default_environment)); //拷贝环境变量
#ifdef CFG_REDUNDAND_ENVIRONMENT
env_ptr->flags = 0xFF;
#endif
env_crc_update (); //更新crc32校验
gd->env_valid = 1; //标识环境变量可用
}
第四步，如果flash上有参数表可用，则从flash上加载，通过env_relocate_spec()来实现：
void env_relocate_spec (void)
{
#if !defined(ENV_IS_EMBEDDED) //如果不是使用嵌入参数的形式，即为参数表的形式
ulong total;
int ret;
total = CFG_ENV_SIZE; //参数表大小，包括参数表头部
//读出操作，flash设备为nand_info，偏移为CFG_ENV_OFFSET，读出的大小为total，目标地址由env_ptr所指。
ret = nand_read(&nand_info[0], CFG_ENV_OFFSET, &total, (u_char*)env_ptr);
//如果读出的长度不对或出错，则使用默认值
if (ret || total != CFG_ENV_SIZE)
return use_default();
//如果校验出错，使用默认值
if (crc32(0, env_ptr->data, ENV_SIZE) != env_ptr->crc)
return use_default();
#endif /* ! ENV_IS_EMBEDDED */
}
此外，uboot的参数表还支持一种被称为CFG_ENV_OFFSET_REDUND的冗余模式，它会在flash上保存两个参数表副本，这样在一个副本出错的时候，还可以从另一个副本中去读取，通过这种方式，提高了数据的安全性。
第五步，gd->env_addr = (ulong)&(env_ptr->data)
即将环境变量的值赋值给全局变量gd->env_addr，这样只要通过这个全局变量就可以访问这些变量了。
值得一提的是，字符串数组data里面的变量与变量之间是通过’/0’来分割的。
3、环境变量的保存，保存是读取的反过程，所以跟上面的过程相似，如下：
int saveenv(void)
{
ulong total;
int ret = 0;
//先擦除
if (nand_erase(&nand_info[0], CFG_ENV_OFFSET, CFG_ENV_SIZE))
//写入
total = CFG_ENV_SIZE;
ret = nand_write(&nand_info[0], CFG_ENV_OFFSET, &total, (u_char*)env_ptr);
if (ret || total != CFG_ENV_SIZE)
return 1;
puts ("done/n");
return ret;
}
4、读取环境变量
Uboot中经常要读取环境变量，这是通过getenv来实现的：
/ * Look up variable from environment,
* return address of storage for that variable,
* or NULL if not found
*/
char *getenv (char *name)
{
int i, nxt;
for (i=0; env_get_char(i) != '/0'; i=nxt+1) {
int val;
for (nxt=i; env_get_char(nxt) != '/0'; ++nxt) {
if (nxt >= CFG_ENV_SIZE) {
return (NULL);
}
}
if ((val=envmatch((uchar *)name, i)) < 0)
continue;
//通过所得的下标返回变量值的指针，由于是字符串指针，所以它在碰到’/0’符合时结束，即为该变量的值。
return ((char *)env_get_addr(val));
}
return (NULL);
}
通过输入变量的名字，返回变量的值。
前面已经提到，函数指针env_get_char已经被初始化为env_get_char_memory：
该函数获取环境变量数组中下标为index的字符。
uchar env_get_char_memory (int index)
{
if (gd->env_valid) {
return ( *((uchar *)(gd->env_addr + index)) );
} else {
return ( default_environment[index] );
}
}
/************************************************************************
* Match a name / name=value pair
*
* s1 is either a simple 'name', or a 'name=value' pair.
* i2 is the environment index for a 'name2=value2' pair.
* If the names match, return the index for the value2, else NULL.
*/
查找符号变量，如果找到则返回等号后面的字符串指针，即为变量的值。
static int
envmatch (uchar *s1, int i2)
{
while (*s1 == env_get_char(i2++))
if (*s1++ == '=')
return(i2);
if (*s1 == '/0' && env_get_char(i2-1) == '=')
return(i2);
return(-1);
}
如前所述，环境变量表是一个字符串数组，而其中的变量之间通过’/0’符号隔开，即是当遇到该符号时，则表示一个变量结束而另一个变量开始。