u-boot中SPL源代码分析

[Author: Bo Shen <voice.shen@gmail.com>

[u-boot: 2014.01-rc1]

本文将使用sama5d3xek SPL实现做为例子，具体代码可查看：https://github.com/voiceshen/u-boot/tree/sama5d3xek_spl_spi_nand

u-boot SPL (second program loader), 对许多人来说也说很陌生。下面对此进行一个简单介绍。

1. ARM SoC的启动过程：

RomBoot --> SPL --> u-boot --> Linux kernel --> file system --> start application

(RomBoot是固化在SoC内部的。)

u-boot实现了一个新功能，能在编译u-boot的同时生成SPL二进制文件。

2. SPL运行代码go through

从u-boot-spl.lds链接文件可知，启动代码也是start.S。

(reset) <arch/arm/cpu/armv7/start.S> (b lowlevel_init: arch/arm/cpu/armv7/lowlevel_init.S) (b _main) --> <arch/arm/lib/crt0.S> (bl board_init_f) --> <arch/arm/lib/spl.c> (board_init_r) --> <common/spl/spl.c> (jump_to_image_no_args去启动u-boot) 到此SPL的生命周期结束。

简单来讲：SPL所做工作，一些硬件的初始化，然后读取u-boot，最后调转至u-boot。

3. 下面具体分析SPL的相关代码。

<arch/arm/cpu/armv7/start.S>

110 reset:111         bl      save_boot_params112         /*113          * disable interrupts (FIQ and IRQ), also set the cpu to SVC32 mode,114          * except if in HYP mode already115          */116         mrs     r0, cpsr117         and     r1, r0, #0x1f           @ mask mode bits118         teq     r1, #0x1a               @ test for HYP mode119         bicne   r0, r0, #0x1f           @ clear all mode bits120         orrne   r0, r0, #0x13           @ set SVC mode121         orr     r0, r0, #0xc0           @ disable FIQ and IRQ122         msr     cpsr,r0123124 /*125  * Setup vector:126  * (OMAP4 spl TEXT_BASE is not 32 byte aligned.127  * Continue to use ROM code vector only in OMAP4 spl)128  */129 #if !(defined(CONFIG_OMAP44XX) && defined(CONFIG_SPL_BUILD))130         /* Set V=0 in CP15 SCTRL register - for VBAR to point to vector */131         mrc     p15, 0, r0, c1, c0, 0   @ Read CP15 SCTRL Register132         bic     r0, #CR_V               @ V = 0133         mcr     p15, 0, r0, c1, c0, 0   @ Write CP15 SCTRL Register134135         /* Set vector address in CP15 VBAR register */136         ldr     r0, =_start137         mcr     p15, 0, r0, c12, c0, 0  @Set VBAR138 #endif139140         /* the mask ROM code should have PLL and others stable */141 #ifndef CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT142         bl      cpu_init_cp15143         bl      cpu_init_crit144 #endif145146         bl      _main

116~138: 看注释即可明白。

141: 因为SPL主要是对SoC进行初始化，所以不会定义CONFIG_SKIP_LOWLEVE_INIT, 即142，143行得以执行。

142: cpu_init_cpu15, 主要作用invalidate L1 I/D cache, disable MMU. 检查是否需要workaround。

143: cpu_init_crit直接跳转到lowlevel_init

下面看看lowlevel_init的实现：
<arch/arm/cpu/armv7/lowlevel_init.S>

18 ENTRY(lowlevel_init) 19         /* 20          * Setup a temporary stack 21          */      22         ldr     sp, =CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR 23         bic     sp, sp, #7 /* 8-byte alignment for ABI compliance */ 24 #ifdef CONFIG_SPL_BUILD                  25         ldr     r9, =gdata 26 #else 27         sub     sp, #GD_SIZE 28         bic     sp, sp, #7 29         mov     r9, sp 30 #endif 31         /* 32          * Save the old lr(passed in ip) and the current lr to stack 33          */ 34         push    {ip, lr} 35  36         /* 37          * go setup pll, mux, memory 38          */ 39         bl      s_init 40         pop     {ip, pc} 41 ENDPROC(lowlevel_init)

23: 确保sp是8字节对齐。

25：将gdata的地址存入到r9寄存器中。

39：跳转到s_init。对Atmel sama5d3xek board, s_init定义在：<arch/arm/cpu/at91-common/spl.c> 此处暂时不分析。

然后返回到start.S处，接下来调用：bl _main到<arch/arm/lib/crt0.S>

 58 ENTRY(_main) 59  60 /* 61  * Set up initial C runtime environment and call board_init_f(0). 62  */ 63  64 #if defined(CONFIG_SPL_BUILD) && defined(CONFIG_SPL_STACK) 65         ldr     sp, =(CONFIG_SPL_STACK) 66 #else 67         ldr     sp, =(CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR) 68 #endif 69         bic     sp, sp, #7      /* 8-byte alignment for ABI compliance */ 70         sub     sp, #GD_SIZE    /* allocate one GD above SP */ 71         bic     sp, sp, #7      /* 8-byte alignment for ABI compliance */ 72         mov     r9, sp          /* GD is above SP */ 73         mov     r0, #0 74         bl      board_init_f

69: 确认sp是8字对齐

70：相当于保留一个global_data的大小。

71: 确认更新后的sp是8字对齐

72：r9指向global_data

73：r0赋值0

74：跳转到board_init_f中运行。

board_init_f在<arch/arm/lib/spl.c>定义：

 20 /* 21  * In the context of SPL, board_init_f must ensure that any clocks/etc for 22  * DDR are enabled, ensure that the stack pointer is valid, clear the BSS 23  * and call board_init_f.  We provide this version by default but mark it 24  * as __weak to allow for platforms to do this in their own way if needed. 25  */ 26 void __weak board_init_f(ulong dummy) 27 { 28         /* Clear the BSS. */ 29         memset(__bss_start, 0, __bss_end - __bss_start); 30  31         /* Set global data pointer. */ 32         gd = &gdata; 33  34         board_init_r(NULL, 0); 35 }

29：对BSS段进行清零操作。

34: 跳转到board_init_r

board_init_r在<common/spl/spl.c>中定义：

132 void board_init_r(gd_t *dummy1, ulong dummy2)133 {134         u32 boot_device;135         debug(">>spl:board_init_r()/n");136 137 #ifdef CONFIG_SYS_SPL_MALLOC_START138         mem_malloc_init(CONFIG_SYS_SPL_MALLOC_START,139                         CONFIG_SYS_SPL_MALLOC_SIZE);140 #endif141 142 #ifndef CONFIG_PPC143         /*144          * timer_init() does not exist on PPC systems. The timer is initialized145          * and enabled (decrementer) in interrupt_init() here.146          */147         timer_init();148 #endif149 150 #ifdef CONFIG_SPL_BOARD_INIT151         spl_board_init();152 #endif

137~140: 如果定义了：CONFIG_SYS_SPL_MALLOC_START, 则进行memory的malloc池初始化。以后调用malloc就在这个池子里面分配内存。

142~148: 如果没有定义：CONFIG_PPC, 则进行timer的初始化：timer_init() <arm/arm/cpu/armv7/at91/time.c>

150~150: CONFIG_SPL_BOARD_INIT, 则调用spl_board_init(). 这是board相关的定义，<board/atmel/sama5d3xek/sama5d3xek.c>

一切就绪后，就要检查从什么设备来启动了。这里就贴出RAM，MMC， NAND相关代码

154         boot_device = spl_boot_device();155         debug("boot device - %d/n", boot_device);156         switch (boot_device) {157 #ifdef CONFIG_SPL_RAM_DEVICE158         case BOOT_DEVICE_RAM:159                 spl_ram_load_image();160                 break;161 #endif162 #ifdef CONFIG_SPL_MMC_SUPPORT163         case BOOT_DEVICE_MMC1:164         case BOOT_DEVICE_MMC2:165         case BOOT_DEVICE_MMC2_2:166                 spl_mmc_load_image();167                 break;168 #endif169 #ifdef CONFIG_SPL_NAND_SUPPORT170         case BOOT_DEVICE_NAND:171                 spl_nand_load_image();172                 break;173 #endif

157～161：如果定义了CONFIG_SPL_RAM_DEVICE, 则执行spl_ram_load_image()，其就是将image下载到ram中。

162～168：如果定义了CONFIG_SPL_MMC_SUPPORT, 则执行spl_mmc_load_image()，其就是将image从mmc/sd里面读取到ram中。

169～173：如果定义了CONFIG_SPL_NAND_SUPPORT, 则执行spl_nand_load_image(), 其就是将image从nand flash中读取到ram中。

当要启动的image位于RAM中后，我们就可以启动之。

213         switch (spl_image.os) {214         case IH_OS_U_BOOT:215                 debug("Jumping to U-Boot/n");216                 break;217 #ifdef CONFIG_SPL_OS_BOOT218         case IH_OS_LINUX:219                 debug("Jumping to Linux/n");220                 spl_board_prepare_for_linux();221                 jump_to_image_linux((void *)CONFIG_SYS_SPL_ARGS_ADDR);222 #endif223         default:224                 debug("Unsupported OS image.. Jumping nevertheless../n");225         }226         jump_to_image_no_args(&spl_image);227 }

214：如果是u-boot,则直接到227去运行u-boot。

218：如果是Linux，则到221去启动Linux.

至此，SPL结束它的生命，控制权交于u-boot或Linux。