U-BOOT环境变量实现

U-BOOT环境变量实现 (基于smdk2410) 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; 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。 ======================================================================== U-Boot环境变量 U-Boot通过环境变量（env）为用户提供一定程度的可配置性，这些环境变量包括串口终端所使用的波特率（baudrate）、启动操作系统内核的参数（bootargs）、本地IP地址（ipaddr）、网卡MAC地址（ethaddr）等等。环境变量可以固化到非易失性存储介质中，使用printenv / saveenv命令来查看和修改。本例中，环境变量固化到Flash中（AM29LV160DB，2MB）。 可配置性意味着环境变量中的项目是可以被添加、删除和修改的，即环境变量的内容可能会频繁变化。为了不让这种变化对U-Boot的代码和数据造成破坏，通常的选择是在Flash中准备一个专用的sector来存储环境变量。简化的ROM分配模型如下图所示，monitor占用 Flash前256KB，env置于其后，Flash的最后一部分用来存放压缩的操作系统内核。    AM29LV160DB分为35个sector，地址范围分配如下： Sector Size ( KB ) Address Range ( Hex ) SA0 16 000000 ~ 003FFF SA1 8 004000 ~ 005FFF SA2 8 006000 ~ 007FFF SA3 16 008000 ~ 00FFFF SA4 32 010000 ~ 01FFFF SA5 64 020000 ~ 02FFFF ... 64 ... SA34 64 1F0000 ~ 1FFFFF 由于U-Boot代码通常达到100KB左右，且必须从地址0处开始，按照这样的分配方式，我们将不得不为env分配一块64KB的sector，而实际中使用到的可能只是其中的几百字节！U-Boot还会为env在RAM中保持一块同样大小的空间，这就造成ROM和RAM空间不必要的浪费。 为了尽可能地减少资源浪费，同时保证系统的健壮性，我们可以把env放置在Flash中容量最小的sector里。这样，env嵌入（embed）到U-Boot的代码段。在common/environment.h中会比较env和monitor的范围，如果确定env位于monitor内，则定义ENV_IS_EMBEDDED。 # if (CFG_ENV_ADDR >= CFG_MONITOR_BASE) && \      (CFG_ENV_ADDR+CFG_ENV_SIZE) #  define ENV_IS_EMBEDDED   1 # endif  修改board/buf/EVB44B0/u-boot.lds： /*------------------------------------------------------------ * Environment Variable setup */ #define CFG_ENV_IS_IN_FLASH   1        /* 使用Flash存储env     */   #define CFG_ENV_SIZE          0x2000   /* 容量8KB (SA1)       */  #define CFG_ENV_OFFSET        0x4000   /* 偏移地址 (SA1)        */   $(LD)将一系列的obj文件连接成elf格式文件，其输出文件的内存布局由linker script决定。修改board/buf/EVB44B0/u-boot.lds： SECTIONS {   . = 0x00000000;   . = ALIGN(4);   .text      :   {     cpu/s3c44b0/start.o (.text)     board/buf/EVB44B0/lowlevel_init.o (.text)     lib_generic/string.o (.text)     lib_generic/zlib.o (.text)     . = env_offset;     common/environment.o (.text)     *(.text)   }   /* other sections ... */ }  从u-boot.map选择那些U-Boot运行必须的，且不易受CFG_*宏影响的obj文件，填充到start.o后面。可以参考board/trab/u-boot.lds。 env_offset定义在common/environment.c中： #define GEN_SYMNAME(str) SYM_CHAR #str #define GEN_VALUE(str) #str #define GEN_ABS(name, value) \      asm (".globl " GEN_SYMNAME(name)); \      asm (GEN_SYMNAME(name) " = " GEN_VALUE(value)) GEN_ABS(env_offset, CFG_ENV_OFFSET);