Uboot啟動流程分析(四)

1、前言

在前面的文章《Uboot啟動流程分析(三)》中，鏈接如下：

https://www.cnblogs.com/Cqlismy/p/12006287.html

已經對init_sequence_f前半部分函數進行了簡單分析，前半部分主要是對調試串口終端進行了初始化，以及輸出了一些必要的字符串，接下來，本篇文章將對init_sequence_f后半部分函數進行分析，后半部分主要是對DRAM的內存進行分配，並對gd的相關結構體成員進行初始化，在init_sequence_f函數初始化列表中，已經執行到了setup_dest_addr()函數，后半部分初始化列表如下：

/* 初始化序列函數數組 */
static init_fnc_t init_sequence_f[] = {

　　...
　　...

    /*
     * Now that we have DRAM mapped and working, we can
     * relocate the code and continue running from DRAM.
     *
     * Reserve memory at end of RAM for (top down in that order):
     *  - area that won't get touched by U-Boot and Linux (optional)
     *  - kernel log buffer
     *  - protected RAM
     *  - LCD framebuffer
     *  - monitor code
     *  - board info struct
     */
    setup_dest_addr,/* 設置目的地址(gd->ram_size,gd->ram_top,gd->relocaddr) */
    reserve_round_4k,    /* 對gd->relocaddr做4K對齊 */

#if !(defined(CONFIG_SYS_ICACHE_OFF) && defined(CONFIG_SYS_DCACHE_OFF)) && \
        defined(CONFIG_ARM)
    reserve_mmu,    /* 留出mmu的TLB表位置 */
#endif

    reserve_trace,    /* 留出ddr調試追蹤的內存 */

#if !defined(CONFIG_BLACKFIN)
    reserve_uboot,    /* 留出重定位uboot占用的位置 */
#endif

#ifndef CONFIG_SPL_BUILD
    reserve_malloc,    /* 留出malloc的內存位置和ENV的內存大小 */
    reserve_board,    /* 留出bd所占用的內存大小(80字節) */
#endif

    setup_machine,    /* 對於i.mx6ul該函數無效 */
    reserve_global_data,    /* 留出gd_t結構的內存大小(248字節) */
    reserve_fdt,    /* 留出設備樹的內存大小(i.mx6ul沒有用) */
    reserve_arch,    /* 空函數 */
    reserve_stacks,    /* 留出棧空間(16字節)並做16字節對齊 */
    setup_dram_config,    /* 設置DRAM的信息 */
    show_dram_config,    /* 顯示DRAM的位置 */
    display_new_sp,    /* 顯示新的sp位置 */
    INIT_FUNC_WATCHDOG_RESET
    reloc_fdt,    /* 重定位fdt(沒有用) */
    setup_reloc,    /* 設置gd結構體的一些其他成員 */
    NULL,
};

 

2、board_init_f函數

程序將調用setup_dest_addr()函數，該函數的定義如下：

static int setup_dest_addr(void)
{
    /*
     * Subtract specified amount of memory to hide so that it won't
     * get "touched" at all by U-Boot. By fixing up gd->ram_size
     * the Linux kernel should now get passed the now "corrected"
     * memory size and won't touch it either. This has been used
     * by arch/powerpc exclusively. Now ARMv8 takes advantage of
     * thie mechanism. If memory is split into banks, addresses
     * need to be calculated.
     */
    gd->ram_size = board_reserve_ram_top(gd->ram_size);

#ifdef CONFIG_SYS_SDRAM_BASE
    gd->ram_top = CONFIG_SYS_SDRAM_BASE;
#endif
    gd->ram_top += get_effective_memsize();
    gd->ram_top = board_get_usable_ram_top(gd->mon_len);
    gd->relocaddr = gd->ram_top;

    /* 將gd->ram_size、gd->ram_top、gd->relocaddr的值打印 */
    printf("\ngd->ram_size = %#lx\n"
            "gd->ram_top = %#lx\n"
            "gd->relocaddr = %#lx\n",
            gd->ram_size, gd->ram_top, gd->relocaddr);

    return 0;
}

函數setup_dest_addr()用來設置目的地址，設置gd結構體中的ram_size成員、ram_top成員和relocaddr成員，我們可以使用printf()函數打印輸出查看這些值，其中ram_size表示DRAM的大小，ram_top表示DRAM的最終地址，relocaddr表示uboot重定位的地址，添加打印輸出后，重新燒寫uboot，將板子上電，該函數調用后，輸出的值如下：

從圖中可以看到，DRAM的大小為256MB，DRAM的最終地址為0x90000000，而此時uboot重定位的地址被設置為在DRAM的最終地址0x90000000。

程序繼續往下運行，調用函數reserve_round_4k()，該函數的定義如下：

/* Round memory pointer down to next 4 kB limit */
static int reserve_round_4k(void)
{
    gd->relocaddr &= ~(4096 - 1);
    return 0;
}

該函數是gd結構體中的relocaddr地址做4KB字節對齊，在setup_dest_addr()函數調用后，relocaddr的值被設置為0x90000000，已經是4KB字節對齊了，因此，該函數調用后，值不變，還是0x90000000。

接下來，調用函數reserve_mmu()，該函數的定義如下：

#if !(defined(CONFIG_SYS_ICACHE_OFF) && defined(CONFIG_SYS_DCACHE_OFF)) && \
        defined(CONFIG_ARM)
static int reserve_mmu(void)
{
    /* reserve TLB table */
    gd->arch.tlb_size = PGTABLE_SIZE;
    gd->relocaddr -= gd->arch.tlb_size;

    /* round down to next 64 kB limit */
    gd->relocaddr &= ~(0x10000 - 1); /* 對gd->relocaddr做64KB字節對齊 */

    gd->arch.tlb_addr = gd->relocaddr;

    printf("gd->arch.tlb_size = %#lx\n"
            "gd->arch.tlb_addr = %#lx\n"
            "gd->relocaddr = %#lx\n",
            gd->arch.tlb_size, gd->arch.tlb_addr, gd->relocaddr);
    
    return 0;
}
#endif

該函數用於留出MMU的TLB表位置，留出該塊內存后，對relocaddr地址做64KB字節對齊，調試輸出如下所示：

從圖中可以看到，MMU的TLB大小為0x4000，TLB的首地址為0x8fff0000，此時的relocaddr的值和TLB的首地址一樣，也是0x8fff0000。

接下來，調用函數reserve_trace()，該函數用於留出uboot跟蹤內存調試的地方，由於i.mx6ul的相關配置文件中沒有定義相關宏，因此並沒有分配出此塊內存。

程序繼續往下運行，將調用函數reserve_uboot()，該函數的定義如下所示：

static int reserve_uboot(void)
{
    /*
     * reserve memory for U-Boot code, data & bss
     * round down to next 4 kB limit
     */
    gd->relocaddr -= gd->mon_len;
    gd->relocaddr &= ~(4096 - 1);

    gd->start_addr_sp = gd->relocaddr;

    printf("gd->mon_len = %#lx\n"
            "gd->relocaddr = %#lx\n"
            "gd->start_addr_sp = %#lx\n",
            gd->mon_len, gd->relocaddr, gd->start_addr_sp);

    return 0;
}

函數reserve_uboot()用於留出重定位后uboot代碼所占用的內存位置，uboot所占用的內存位置空間由gd結構體中mon_len成員變量指定，調試輸出如下所示：

從上圖中可以看出，uboot重定位后代碼所占用的內存大小為0xb4bb4，分配后uboot重定位內存位置后，對relocaddr的值做4KB字節對齊，此時relocaddr的值為0x8ff3b000，同時重新將gd結構體中的start_addr_sp成員變量設置和此時的relocaddr的值一樣，也就是0x8ff3b000。

由於i.mx6ul中的配置文件中沒有定義宏CONFIG_SPL_BUILD，因此，接下來將會調用函數reserve_malloc()，該函數的定義如下：

/* reserve memory for malloc() area */
static int reserve_malloc(void)
{
    gd->start_addr_sp = gd->start_addr_sp - TOTAL_MALLOC_LEN;

    printf("TOTAL_MALLOC_LEN = %#lx\n"
            "gd->start_addr_sp = %#lx\n",
            TOTAL_MALLOC_LEN, gd->start_addr_sp);
    
    return 0;
}

對於TOTAL_MALLOC_LEN宏的定義如下：

/* 對於imx6ul從nand flash啟動 */

#define CONFIG_ENV_SECT_SIZE        (128 << 10)    /* 128KB */
#define CONFIG_ENV_SIZE            CONFIG_ENV_SECT_SIZE

/* Size of malloc() pool */
#define CONFIG_SYS_MALLOC_LEN        (16 * SZ_1M)　　/* 16MB */

#define TOTAL_MALLOC_LEN (CONFIG_SYS_MALLOC_LEN + CONFIG_ENV_SIZE)

從宏定義可以計算出TOTAL_MALLOC_LEN = 16MB + 128KB = 0x1020000，調試輸出如下：

從上面的分析和輸出可以知道，函數reserve_malloc()分配出了malloc的內存區域，分配的大小為0x1020000，包含了16MB的malloc內存池以及128KB的環境變量內存區域，malloc內存分配完成后，重新賦值gd結構體中的start_addr_sp成員變量，此時的start_addr_sp值為0x8ef1b000。

接下來，繼續調用函數reserve_board()，該函數的定義如下：

/* (permanently) allocate a Board Info struct */
static int reserve_board(void)
{
    if (!gd->bd) {
        gd->start_addr_sp -= sizeof(bd_t);
        gd->bd = (bd_t *)map_sysmem(gd->start_addr_sp, sizeof(bd_t));
        memset(gd->bd, '\0', sizeof(bd_t));
        debug("Reserving %zu Bytes for Board Info at: %08lx\n",
              sizeof(bd_t), gd->start_addr_sp);
    }

    printf("gd->bd = %#lx\n"
            "gd->start_addr_sp = %#lx\n",
            gd->bd, gd->start_addr_sp);
    
    return 0;
}

函數reserve_board()用於留出bd_t結構體的內存區域，該內存區域的大小為80Bytes，bd_t結構體用於描述Board的一些信息，對gd結構體中的bd成員重新賦值后，並對bd_t結構體的內存進行清零操作，調試輸出如下所示：

從上圖可以知道，此時gd結構體中的bd和start_addr_sp成員變量的值都為0x8ef1afb0。

接下來，調用函數setup_machine()設置機器ID，在以前的Linux版本，啟動的時候會和這個機器ID進行匹配，如果匹配Linux就會正常啟動，但是，目前基於imx6ul的BSP都是基於設備樹的了，因此該函數並不會有效，直接返回0。

程序繼續往下運行，將會調用reserve_global_data()函數，該函數的定義如下：

static int reserve_global_data(void)
{
    gd->start_addr_sp -= sizeof(gd_t);
    gd->new_gd = (gd_t *)map_sysmem(gd->start_addr_sp, sizeof(gd_t));
    debug("Reserving %zu Bytes for Global Data at: %08lx\n",
            sizeof(gd_t), gd->start_addr_sp);

    printf("gd->new_gd = %#lx\n"
            "gd->start_addr_sp = %#lx\n",
            gd->new_gd, gd->start_addr_sp);
    
    return 0;
}

函數reserve_global_data()用於留出gd_t結構體的內存區域，分配的內存大小為248Bytes，分配完成后，並對gd結構體中的new_gd成員變量重新賦值，表示新的gd_t結構體的內存地址，調試輸出如下：

從上圖可以看到，將新的gd_t結構體內存分配后，此時的gd結構體的new_gd成員變量和start_addr_sp成員變量的值都為0x8ef1aeb8。

接下來，程序將會調用reserve_fdt()函數，留出設備樹的內存區域，但是imx6ul的uboot中並沒有用到設備樹，因此該函數無效，並沒有內存分配。

繼續往下運行，將會調用reserve_arch()函數，對於imx6ul，該函數為空函數，沒有內存分配，直接返回0。

程序繼續運行，接下來調用reserve_stacks()函數，該函數的定義如下：

static int reserve_stacks(void)
{
    /* make stack pointer 16-byte aligned */
    gd->start_addr_sp -= 16;
    gd->start_addr_sp &= ~0xf;

    printf("gd->start_addr_sp = %#lx\n", gd->start_addr_sp);

    /*
     * let the architecture-specific code tailor gd->start_addr_sp and
     * gd->irq_sp
     */    
    return arch_reserve_stacks();
}

函數reserve_stacks()用於留出棧區域的內存大小，大小為16Bytes，內存分配后，對gd結構體中的start_addr_sp成員變量做16B字節對齊，arch_reserve_stacks()函數是irq相關的東西，對於imx6ul並沒有分配內存空間，此函數無效，棧分配和16B字節對齊后，調試輸出如下：

從上圖可以看到，此時gd結構體中的start_addr_sp成員變量值為0x8ef1ae90。

完成了內存棧的分配的后，接下來調用setup_dram_config()設置DRAM的一些配置信息，主要是設置DRAM的起始地址和大小，該函數的定義如下：

static int setup_dram_config(void)
{
    /* Ram is board specific, so move it to board code ... */
    dram_init_banksize();

    printf("gd->bd->bi_dram[0].start = %#lx\n"
            "gd->bd->bi_dram[0].size = %#lx\n",
            gd->bd->bi_dram[0].start, gd->bd->bi_dram[0].size);

    return 0;
}

函數調用后，輸出如下：

從上圖中可以看到，DRAM的起始地址為0x80000000，大小為0x10000000，也就是256MB。

接下來，調用show_dram_config()函數顯示DRAM的配置信息，該函數調用后，將會將的DRAM的大小以字符串的形式輸出，也就是輸出"256MB"。

程序繼續往下運行，調用display_new_sp()函數顯示新的sp指針的值，該函數的定義如下：

static int display_new_sp(void)
{
    printf("New Stack Pointer is: %#lx\n", gd->start_addr_sp);

    return 0;
}

其實，就是直接輸出gd結構體中start_addr_sp成員變量的值，輸出如下：

New Stack Pointer is: 0x8ef1ae90

該值，和前面棧分配后的值一樣，該值就是新的sp指針值，為0x8ef1ae90。

接下來，調用函數INIT_FUNC_WATCHDOG_RESET和reloc_fdt()，作用是復位看門狗和重定位設備樹，對於imx6ul這兩個都是空函數，沒有用到設備樹。

程序繼續往下運行，將調用函數setup_reloc()設置gd結構體中一些成員變量，是和重定位相關的，該函數定義如下：

static int setup_reloc(void)
{
    if (gd->flags & GD_FLG_SKIP_RELOC) {
        debug("Skipping relocation due to flag\n");
        return 0;
    }

#ifdef CONFIG_SYS_TEXT_BASE
    gd->reloc_off = gd->relocaddr - CONFIG_SYS_TEXT_BASE;
#endif
    memcpy(gd->new_gd, (char *)gd, sizeof(gd_t));

    printf("Relocation Offset is: %#lx\n", gd->reloc_off);
    printf("Relocating to %#lx, new gd at %#lx, sp at %#lx\n",
            gd->relocaddr, (ulong)map_to_sysmem(gd->new_gd),
            gd->start_addr_sp);

    return 0;
}

對於CONFIG_SYS_TEXT_BASE宏的定義在include/configs/mx6_common.h配置文件中，該值為：

#define CONFIG_SYS_TEXT_BASE    0x87800000

該函數的輸出如下所示：

從上圖可以看到，uboot重定位的偏移為0x873b000，重定位的新地址為gd結構中的成員變量relocaddr，也就是0x8ff3b000，此外，新的gd_t結構體首地址為0x8ef1aeb8，新的sp指針在0x8ef1ae90，和上面棧分配時候的內存地址一樣。

到這里，board_init_f()函數就執行完成了，DRAM的最后內存配示意圖如下所示：

DRAM內存分配完成后，接下來就是開始uboot的重定位了。

 

3、小結

本篇文章主要是對board_init_f()函數的后半部分進行分析，並對uboot重定位之前的DRAM內存分配進行了簡單的分析。