基于cortex-A8的Bootloader設計
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圖2 U-Boot第一階段啟動流程
U-Boot上電后首先會設置cpu為管理模式，禁用L1緩存，關閉MMU和清除caches。之后會調用底層初始化函數lowlevel_init()。該函數實現如下：
.globl lowlevel_init
lowlevel_init:
push {lr}
#if defined(CONFIG_SPL_BUILD)
/* 初始化時鐘 */
bl system_clock_init
/* 初始化內存 */
bl mem_ctrl_asm_init
/* 初始化串口 */
bl uart_asm_init
#endif
pop {pc}
上述代碼中system_clock_init(), mem_ctrl_asm_init(),uart_asm_init()這三個函數需要開發者結合具體硬件環境進行修改和實現。
初始化完成之后，U-Boot會調用一個拷貝函數將BL2拷貝到內存地址為0x3FF00000處，然后跳轉到該位置執行BL2。在U-Boot中，BL1 和BL2是基于相同的一些源文件編譯生成的。開發者在編寫代碼時需要使用預編譯宏CONFIG_SPL_BUILD來實現BL1和BL2不同的功能。其拷貝函數實現如下：
void copy_code_2_sdram_and_run(void)
{
unsigned long ch;
void (*u_boot)(void);
ch = *(volatile unsigned int *)(0xD0037488); /* 根據該地址的值判斷傳輸通道 */
/* copy_bl2()函數不需要開發者去實現，s5pv210在出廠時已經固化在了0xD0037F98地址處 */
copy_sd_mmc_to_mem copy_bl2 = (copy_sd_mmc_to_mem) (*(unsigned int *) (0xD0037F98));
unsigned int ret;
if (ch == 0xEB000000) { /* CONFIG_SYS_TEXT_BASE = 0x3FF00000 */
ret = copy_bl2(0, 49, 1024,(unsigned int *)CONFIG_SYS_TEXT_BASE, 0);
} else if (ch == 0xEB200000) {
ret = copy_bl2(2, 49, 1024,(unsigned int *)CONFIG_SYS_TEXT_BASE, 0);
} else {
return;
}
u_boot = (void *)CONFIG_SYS_TEXT_BASE;
(*u_boot)(); /* 跳轉到該地址執行 */
}
值得注意的是以上代碼中，copy_bl2()函數不需要開發者去實現，s5pv210在出廠時已經將該函數固化在了0xD0037F98地址處。其函數原型如下：
u32 (*copy_sd_mmc_to_mem)(u32 channel, u32 start_block, u16 block_size, u32 *trg, u32 init);
/*
參數介紹：
channel：通道數2或0，該值通過讀取0xD0037488地址上的值判斷。
start_block：從第幾個扇區開始拷貝，一個扇區為512byte。
block_size：拷貝多少個扇區，這里拷貝512K
trg：目的地址：0x3FF00000, 即離內存頂部1M的位置
init：是否需要初始化sd卡，寫0即可。
*/
2.3.2 第二階段初始化
U-Boot進入第二階段后會首先聲明一個gd_t結構體類型的指針指向內存地址(0x40000000 - GD_SIZE)處。0x40000000為內存結束地址，GD_SIZE為結構體gd_t的大小。這樣相當于在內存最頂端分配了一段空間用于存放一個臨時結構體gd_t。該結構體在global_data.h中被定義，U-Boot用它來存儲所有的全局變量。之后U-Boot會調用 board_init_f()和board_init_r()兩個函數進一步對底板進行初始化。
(1)board_init_f()
進入board_init_f()之后，U-Boot首先設置之前分配的臨時結構體，然后開始劃分內存空間，其內存分配示意圖如下：
圖3 U-Boot內存分配狀態
從內存分配狀態圖中我們可以看到，gd指針指向的臨時結構體存放在內存的最頂部。BL2代碼存放在內存地址0x3ff00000處，即距離內存頂部1M空間的位置。接下來依次分配malloc空間，bd_t結構體空間和gd_t結構體空間，并且重新設置棧。最后將臨時結構體拷貝到id指針所指向的位置。 board_init_f()實現過程大致如下：
unsigned int board_init_f(ulong bootflag)
{
memset((void *)gd, 0, sizeof(gd_t));
...
設置gd結構體;
...
addr = CONFIG_SYS_TEXT_BASE; /* CONFIG_SYS_TEXT_BASE = 0x3ff00000000 */
addr_sp = addr - TOTAL_MALLOC_LEN;
addr_sp -= sizeof (bd_t);
bd = (bd_t *) addr_sp;
gd->bd = bd;
addr_sp -= sizeof (gd_t);
id = (gd_t *) addr_sp;
...
memcpy(id, (void *)gd, sizeof(gd_t));
base_sp = addr_sp;
return (unsigned int)id;
}
(2)board_init_r()
board_init_r()負責對其他硬件資源進行初始化。如網卡、Flash、MMC、中斷等。最后調用main_loop()，等待用戶輸入命令。
3 設計實現
3.1 支持Nand Flash讀寫
Nand Flash是嵌入式系統中重要的存儲設備，其儲存對象包括Bootloader本身，操作系統內核，環境變量，根文件系統等，所以使能Nand Flash讀寫是U-Boot移植過程中必須完成的一個步驟。U-Boot中Nand Flash初始化函數調用關系為：
board_init_r()->nand_init()->nand_init_chip()->board_nand_init()。
board_nand_init() 完成兩件事：(1)對s5pv210關于Nand Flash控制器的相關寄存器進行設置。(2)對nand_chip結構體進行設置。我們需要設置的成員項有IO_ADDR_R，IO_ADDR_W，這兩個成員都指向地址0xB0E00010，即 Nand Flash控制器的數據寄存器的地址。另外還需要實現以下三個成員函數：
① void (*select_chip)(struct mtd_info *mtd, int chip);
該函數實現Nand Flash設備選中或取消選中。
② void (*cmd_ctrl)(struct mtd_info *mtd, int dat, unsigned int ctrl);
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