u-boot中SPL源代码分析

更新日期：2021-10-15

来源：纯净之家

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本文将使用sama5d3xek SPL实现做为例子
　　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

u/armv7/start.S> （b lowlevel_init: arch/arm

u/armv7/lowlevel_init.S）（b _main） --> <arch/arm

b/crt0.S> （bl board_init_f） --> <arch/arm

b/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

u/armv7/start.S>
　　110 reset:
　　111         bl      save_boot_params
　　112         /*
　　113          * disable interrupts （FIQ and IRQ）， also set the cpu to SVC32 mode,
　　114          * except if in HYP mode already
　　115          */
　　116         mrs     r0, cpsr
　　117         and     r1, r0, #0x1f           @ mask mode bits
　　118         teq     r1, #0x1a               @ test for HYP mode
　　119         bicne   r0, r0, #0x1f           @ clear all mode bits
　　120         orrne   r0, r0, #0x13           @ set SVC mode
　　121         orr     r0, r0, #0xc0           @ disable FIQ and IRQ
　　122         msr     cpsr,r0
　　123
　　124 /*
　　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 Register
　　132         bic     r0, #CR_V               @ V = 0
　　133         mcr     p15, 0, r0, c1, c0, 0   @ Write CP15 SCTRL Register
　　134
　　135         /* Set vector address in CP15 VBAR register */
　　136         ldr     r0, =_start
　　137         mcr     p15, 0, r0, c12, c0, 0  @Set VBAR
　　138 #endif
　　139
　　140         /* the mask ROM code should have PLL and others stable */
　　141 #ifndef CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT
　　142         bl      cpu_init_cp15
　　143         bl      cpu_init_crit
　　144 #endif
　　145
　　146         bl      _main
　　111:如果没有重新定义save_boot_params,则使用<arch/arm

u/armv7/start.S>中的save_boot_params.其不做任何事情，直接返回。
　　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

u/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）

　22: 对stack pointer赋值成CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR
　　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

u/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

b/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

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
　　65: 重新对SP赋值
　　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

b/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 }
　　26: board_init_f是一个弱函数，是可以被重新定义的。
　　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（） "）；
　　136
　　137 #ifdef CONFIG_SYS_SPL_MALLOC_START
　　138         mem_malloc_init（CONFIG_SYS_SPL_MALLOC_START,
　　139                         CONFIG_SYS_SPL_MALLOC_SIZE）；
　　140 #endif
　　141
　　142 #ifndef CONFIG_PPC
　　143         /*
　　144          * timer_init（） does not exist on PPC systems. The timer is initialized
　　145          * and enabled （decrementer） in interrupt_init（） here.
　　146          */
　　147         timer_init（）；
　　148 #endif
　　149
　　150 #ifdef CONFIG_SPL_BOARD_INIT
　　151         spl_board_init（）；
　　152 #endif
　　135: 输出debug信息：》spl:board_init_r（）；
　　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

u/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

ma5d3xek

ma5d3xek.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 ", boot_device）；
　　156         switch （boot_device） {
　　157 #ifdef CONFIG_SPL_RAM_DEVICE
　　158         case BOOT_DEVICE_RAM:
　　159                 spl_ram_load_image（）；
　　160                 break;
　　161 #endif
　　162 #ifdef CONFIG_SPL_MMC_SUPPORT
　　163         case BOOT_DEVICE_MMC1:
　　164         case BOOT_DEVICE_MMC2:
　　165         case BOOT_DEVICE_MMC2_2:
　　166                 spl_mmc_load_image（）；
　　167                 break;
　　168 #endif
　　169 #ifdef CONFIG_SPL_NAND_SUPPORT
　　170         case BOOT_DEVICE_NAND:
　　171                 spl_nand_load_image（）；
　　172                 break;
　　173 #endif
　　154: 获取spl_boot_device,即从什么设备启动。
　　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 "）；
　　216                 break;
　　217 #ifdef CONFIG_SPL_OS_BOOT
　　218         case IH_OS_LINUX:
　　219                 debug（"Jumping to Linux "）；
　　220                 spl_board_prepare_for_linux（）；
　　221                 jump_to_image_linux（（void *）CONFIG_SYS_SPL_ARGS_ADDR）；
　　222 #endif
　　223         default:
　　224                 debug（"Unsupported OS image Jumping nevertheless "）；
　　225         }
　　226         jump_to_image_no_args（&spl_image）；
　　227 }

　　213: 判断image的类型。

　　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.　

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