[uboot] （第三章）uboot流程——uboot-spl代码流程

一、说明

1、uboot-spl入口说明

通过uboot-spl编译脚本project-X/u-boot/arch/arm/cpu/u-boot-spl.lds

ENTRY(_start)

所以uboot-spl的代码入口函数是_start 

对应于路径project-X/u-boot/arch/arm/lib/vector.S的_start，后续就是从这个函数开始分析。

2、CONFIG_SPL_BUILD说明

前面说过，在编译SPL的时候，编译参数会有如下语句： 

project-X/u-boot/scripts/Makefile.spl

KBUILD_CPPFLAGS += -DCONFIG_SPL_BUILD

所以说在编译SPL的代码的过程中，CONFIG_SPL_BUILD这个宏是打开的。 

uboot-spl和uboot的代码是通用的，其区别就是通过CONFIG_SPL_BUILD宏来进行区分的。

二、uboot-spl需要做的事情

CPU初始刚上电的状态。需要小心的设置好很多状态，包括cpu状态、中断状态、MMU状态等等。 

在armv7架构的uboot-spl，主要需要做如下事情

关闭中断，svc模式

禁用MMU、TLB

芯片级、板级的一些初始化操作 

IO初始化

时钟

内存

选项，串口初始化

选项，nand flash初始化

其他额外的操作

加载BL2，跳转到BL2

上述工作，也就是uboot-spl代码流程的核心。

三、代码流程

1、代码整体流程

代码整体流程如下，以下列出来的就是spl核心函数。 

_start———–>reset————–>关闭中断 

………………………………| 

………………………………———->cpu_init_cp15———–>关闭MMU,TLB 

………………………………| 

………………………………———->cpu_init_crit————->lowlevel_init————->平台级和板级的初始化 

………………………………| 

………………………………———->_main————–>board_init_f_alloc_reserve & board_init_f_init_reserve & board_init_f———->加载BL2,跳转到BL2 

board_init_f执行时已经是C语言环境了。在这里需要结束掉SPL的工作，跳转到BL2中。

2、_start

上述已经说明了_start是整个spl的入口，其代码如下： 

arch/arm/lib/vector.S

_start:

#ifdef CONFIG_SYS_DV_NOR_BOOT_CFG

    .word   CONFIG_SYS_DV_NOR_BOOT_CFG

#endif

    b   reset

会跳转到reset中。 

注意，spl的流程在reset中就应该被结束，也就是说在reset中，就应该转到到BL2，也就是uboot中了。 

后面看reset的实现。

3、reset

建议先参考[kernel 启动流程] （第二章）第一阶段之——设置SVC、关闭中断，了解一下为什么要设置SVC、关闭中断以及如何操作。

代码如下： 

arch/arm/cpu/armv7/start.S

    .globl  reset

    .globl  save_boot_params_ret

reset:

    /* Allow the board to save important registers */

    b   save_boot_params

save_boot_params_ret:

    /*

     * disable interrupts (FIQ and IRQ), also set the cpu to SVC32 mode,

     * except if in HYP mode already

     */

    mrs r0, cpsr

    and r1, r0, #0x1f       @ mask mode bits

    teq r1, #0x1a       @ test for HYP mode

    bicne   r0, r0, #0x1f       @ clear all mode bits

    orrne   r0, r0, #0x13       @ set SVC mode

    orr r0, r0, #0xc0       @ disable FIQ and IRQ

    msr cpsr,r0

@@ 以上通过设置CPSR寄存器里设置CPU为SVC模式，禁止中断

@@ 具体操作可以参考《[kernel 启动流程] （第二章）第一阶段之——设置SVC、关闭中断》的分析

    /* the mask ROM code should have PLL and others stable */

#ifndef CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT

    bl  cpu_init_cp15

@@ 调用cpu_init_cp15，初始化协处理器CP15,从而禁用MMU和TLB。

@@ 后面会有一小节进行分析

    bl  cpu_init_crit

@@ 调用cpu_init_crit，进行一些关键的初始化动作，也就是平台级和板级的初始化

@@ 后面会有一小节进行分析

#endif

    bl  _main

@@ 跳转到主函数，也就是要加载BL2以及跳转到BL2的主体部分

4、cpu_init_cp15

建议先参考[kernel 启动流程] （第六章）第一阶段之——打开MMU两篇文章的分析。 

cpu_init_cp15主要用于对cp15协处理器进行初始化，其主要目的就是关闭其MMU和TLB。 

代码如下(去掉无关部分的代码)： 

arch/arm/cpu/armv7/start.S

ENTRY(cpu_init_cp15)

    /*

     * Invalidate L1 I/D

     */

    mov r0, #0          @ set up for MCR

    mcr p15, 0, r0, c8, c7, 0   @ invalidate TLBs

    mcr p15, 0, r0, c7, c5, 0   @ invalidate icache

    mcr p15, 0, r0, c7, c5, 6   @ invalidate BP array

    mcr     p15, 0, r0, c7, c10, 4  @ DSB

    mcr     p15, 0, r0, c7, c5, 4   @ ISB

@@ 这里只需要知道是对CP15处理器的部分寄存器清零即可。

@@ 将协处理器的c7c8清零等等，各个寄存器的含义请参考《ARM的CP15协处理器的寄存器》

    /*

     * disable MMU stuff and caches

     */

    mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0

    bic r0, r0, #0x00002000 @ clear bits 13 (--V-)

    bic r0, r0, #0x00000007 @ clear bits 2:0 (-CAM)

    orr r0, r0, #0x00000002 @ set bit 1 (--A-) Align

    orr r0, r0, #0x00000800 @ set bit 11 (Z---) BTB

#ifdef CONFIG_SYS_ICACHE_OFF

    bic r0, r0, #0x00001000 @ clear bit 12 (I) I-cache

#else

    orr r0, r0, #0x00001000 @ set bit 12 (I) I-cache

#endif

    mcr p15, 0, r0, c1, c0, 0

@@ 通过上述的文章的介绍，我们可以知道cp15的c1寄存器就是MMU控制器

@@ 上述对MMU的一些位进行清零和置位，达到关闭MMU和cache的目的，具体的话去看一下上述文章吧。

ENDPROC(cpu_init_cp15)

5、cpu_init_crit

cpu_init_crit，进行一些关键的初始化动作，也就是平台级和板级的初始化。其代码核心就是lowlevel_init，如下 

arch/arm/cpu/armv7/start.S

ENTRY(cpu_init_crit)

    /*

     * Jump to board specific initialization...

     * The Mask ROM will have already initialized

     * basic memory. Go here to bump up clock rate and handle

     * wake up conditions.

     */

    b   lowlevel_init       @ go setup pll,mux,memory

ENDPROC(cpu_init_crit)

所以说lowlevel_init就是这个函数的核心。 

lowlevel_init一般是由板级代码自己实现的。但是对于某些平台来说，也可以使用通用的lowlevel_init，其定义在arch/arm/cpu/lowlevel_init.S中 

以tiny210为例，在移植tiny210的过程中，就需要在board/samsung/tiny210下，也就是板级目录下面创建lowlevel_init.S，在内部实现lowlevel_init。（其实只要实现了lowlevel_init了就好，没必要说在哪里是实现，但是通常规范都是创建了lowlevel_init.S来专门实现lowlevel_init函数）。

在lowlevel_init中，我们要实现如下： 

* 检查一些复位状态 

* 关闭看门狗 

* 系统时钟的初始化 

* 内存、DDR的初始化 

* 串口初始化（可选） 

* Nand flash的初始化

下面以tiny210的lowlevel_init为例（这里说明一下，当时移植tiny210的时候，是直接把kangear的这个lowlevel_init.S文件拿过来用的） 

这部分代码和平台相关性很强，简单介绍一下即可 

board/samsung/tiny210/lowlevel_init.S

lowlevel_init:

    push    {lr}

    /* check reset status  */

    ldr r0, =(ELFIN_CLOCK_POWER_BASE+RST_STAT_OFFSET)

    ldr r1, [r0]

    bic r1, r1, #0xfff6ffff

    cmp r1, #0x10000

    beq wakeup_reset_pre

    cmp r1, #0x80000

    beq wakeup_reset_from_didle

@@ 读取复位状态寄存器0xE010_a000的值，判断复位状态。

    /* IO Retention release */

    ldr r0, =(ELFIN_CLOCK_POWER_BASE + OTHERS_OFFSET)

    ldr r1, [r0]

    ldr r2, =IO_RET_REL

    orr r1, r1, r2

    str r1, [r0]

@@ 读取混合状态寄存器E010_e000的值，对其中的某些位进行置位，复位后需要对某些wakeup位置1，具体我也没搞懂。

    /* Disable Watchdog */

    ldr r0, =ELFIN_WATCHDOG_BASE    /* 0xE2700000 */

    mov r1, #0

    str r1, [r0]

@@ 关闭看门狗

@@ 这里忽略掉一部分对外部SROM操作的代码

    /* when we already run in ram, we don't need to relocate U-Boot.

     * and actually, memory controller must be configured before U-Boot

     * is running in ram.

     */

    ldr r0, =0x00ffffff

    bic r1, pc, r0      /* r0 <- current base addr of code */

    ldr r2, _TEXT_BASE      /* r1 <- original base addr in ram */

    bic r2, r2, r0      /* r0 <- current base addr of code */

    cmp     r1, r2                  /* compare r0, r1                  */

    beq     1f          /* r0 == r1 then skip sdram init   */

@@ 判断是否已经在SDRAM上运行了，如果是的话，就跳过以下两个对ddr初始化的步骤

@@ 判断方法如下：

@@ 1、获取当前pc指针的地址，屏蔽其低24bit，存放与r1中

@@ 2、获取_TEXT_BASE（CONFIG_SYS_TEXT_BASE）地址，也就是uboot代码段的链接地址，后续在uboot篇的时候会说明，并屏蔽其低24bit

@@ 3、如果相等的话，就跳过DDR初始化的部分

    /* init system clock */

    bl system_clock_init

@@ 初始化系统时钟，后续有时间再研究一下具体怎么配置的

    /* Memory initialize */

    bl mem_ctrl_asm_init

@@ 重点注意：在这里初始化DDR的！！！后续会写一篇文章说明一下s5pv210平台如何初始化DDR.

1:

    /* for UART */

    bl uart_asm_init

@@ 串口初始化，到这里串口会打印出一个'O'字符，后续通过写字符到UTXH_OFFSET寄存器中，就可以在串口上输出相应的字符。

    bl tzpc_init

#if defined(CONFIG_NAND)

    /* simple init for NAND */

    bl nand_asm_init

@@ 简单地初始化一下NAND flash，有可能BL2的镜像是在nand  flash上面的。

#endif

    /* Print 'K' */

    ldr r0, =ELFIN_UART_CONSOLE_BASE

    ldr r1, =0x4b4b4b4b

    str r1, [r0, #UTXH_OFFSET]

@@ 再串口上打印‘K’字符，表示lowlevel_init已经完成

    pop {pc}

@@ 弹出PC指针，即返回。

当串口中打印出‘OK’的字符的时候，说明lowlevel_init已经执行完成。 

system_clock_init是初始化时钟的地方。 mem_ctrl_asm_init这个函数是初始化DDR的地方。后续应该有研究一下这两个函数。这里先有个印象。

6、_main

spl的main的主要目标是调用board_init_f进行先前的板级初始化动作，在tiny210中，主要设计为，加载BL2到DDR上并且跳转到BL2中。DDR在上述lowlevel_init中已经初始化好了。 

由于board_init_f是以C语言的方式实现，所以需要先构造C语言环境。 

注意：uboot-spl和uboot的代码是通用的，其区别就是通过CONFIG_SPL_BUILD宏来进行区分的。 

所以以下代码中，我们只列出spl相关的部分，也就是被CONFIG_SPL_BUILD包含的部分。 

arch/arm/lib/crt0.S

ENTRY(_main)

/*

 * Set up initial C runtime environment and call board_init_f(0).

 */

@ 注意看这里的注释，也说明了以下代码的主要目的是，初始化C运行环境，调用board_init_f。

    ldr sp, =(CONFIG_SPL_STACK)

    bic sp, sp, #7  /* 8-byte alignment for ABI compliance */

    mov r0, sp

    bl  board_init_f_alloc_reserve

    mov sp, r0

    /* set up gd here, outside any C code */

    mov r9, r0

    bl  board_init_f_init_reserve

    mov r0, #0

    bl  board_init_f

ENDPROC(_main)

代码拆分如下： 

（1）因为后面是C语言环境，首先是设置堆栈

    ldr sp, =(CONFIG_SPL_STACK)

@@ 设置堆栈为CONFIG_SPL_STACK

    bic sp, sp, #7  /* 8-byte alignment for ABI compliance */

@@ 堆栈是8字节对齐，2^7bit=2^3byte=8byte

    mov r0, sp

@@ 把堆栈地址存放到r0寄存器中

关于CONFIG_SPL_STACK，我们通过前面的文章《[project X] tiny210(s5pv210)上电启动流程（BL0-BL2）》 

我们已经知道s5pv210的BL1(spl)是运行在IRAM的，并且IRAM的地址空间是0xD002_0000-0xD003_7FFF，IRAM前面的部分放的是BL1的代码部分，所以把IRAM最后的空间用来当作堆栈。 

所以CONFIG_SPL_STACK定义如下： 

include/configs/tiny210.h

#define CONFIG_SPL_STACK    0xD0037FFF

1

1

注意：上述还不是最终的堆栈地址，只是暂时的堆栈地址！！！

（2）为GD分配空间

    bl  board_init_f_alloc_reserve

@@ 把堆栈的前面一部分空间分配给GD使用

    mov sp, r0

@@ 重新设置堆栈指针SP

    /* set up gd here, outside any C code */

    mov r9, r0

@@ 保存GD的地址到r9寄存器中

注意：虽然sp的地址和GD的地址是一样的，但是堆栈是向下增长的，而GD则是占用该地址后面的部分，所以不会有冲突的问题。 

关于GD，也就是struct global_data，可以简单的理解为uboot的全局变量都放在了这里，比较重要，所以后续有会写篇文章说明一下global_data。这里只需要知道在开始C语言环境的时候需要先为这个结构体分配空间。 

board_init_f_alloc_reserve实现如下