day44-系统移植bootloader

Linux
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day44-系统移植bootloader

一、bootloader简介

  就是在操作系统内核运行之前运行的一段小程序。通过这段小程序，我们可以初始化硬件设备、建立内存空间的映射图，从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态，以便为最终调用操作系统内核准备好正确的环境，他就是所谓的引导加载程序（Boot Loader）。

  BootLoader的任务是引导操作系统，所谓引导操作系统，就是启动内核，让内核运行就是把内核加载到内存RAM中去运行，那先问两个问题：第一个问题，是谁把内核搬到内存中去运行？第二个问题：我们说的内存是SDRAM，大家都知道，这种内存和SRAM不同，最大的不同就是SRAM只要系统上电就可以运行，而SDRAM需要软件进行初始化才能运行，那么在把内核搬运到内存运行之前必须要先初始化内存吧，那么内存是由谁来初始化的呢？其实这两件事情都是由bootloader来干的，目的是为内核的运行准备好软硬件环境，没有bootloadr我们的系统当然不能跑起来。

  BootLoader种类众多，其中u-boot使用较为广泛

① 开放源码；
② 支持多种嵌入式操作系统内核，如Linux、NetBSD， VxWorks， QNX， RTEMS， ARTOS， LynxOS；
③ 支持多个处理器系列，如PowerPC、ARM、x86、MIPS、XScale；
④ 较高的可靠性和稳定性；
⑤ 高度灵活的功能设置，适合U-Boot调试、操作系统不同引导要求、产品发布等；
⑥ 丰富的设备驱动源码，如串口、以太网、SDRAM、FLASH、LCD、NVRAM、EEPROM、RTC、键盘等；
⑦ 较为丰富的开发调试文档与强大的网络技术支持；



二、 u-boot

2.1 u-boot结构

Directory Description
API 存储U-Boot提供的接口函数
arch 与体系结构相关的代码，是核心文件夹
board 基于不同具体开发板的自定义代码
common 通用代码，涵盖所有方面，以处理命令行为主
disk 与分区相关的代码
doc 常见特性和问题描述的文档
drivers 常用设备驱动程序，每种类型的设备驱动程序都占用一个子目录
fs 文件系统，支持嵌入式开发常用的文件系统（CRAMFS，EXT2，EXT3，JFFS2等）
include 定义了全局需要的头文件
lib 通用库文件
net 网络相关代码，小型协议栈
post 上电自检
tools 辅助工具，用于编译和检查uboot目标文件

2.2 u-boot命令

pri:显示
set:设置
save:保存
tftp:下载
loadb:kermit协议下载二进制
movi:emmc写入/读取
boot：启动

bootcmd：启动命令
bootargs:启动参数

2.3 u-boot工作模式

  U-Boot的工作模式有启动加载模式和下载模式。启动加载模式是Bootloader的正常工作模式，嵌入式产品发布时，Bootloader必须工作在这种模式下，Bootloader将嵌入式操作系统从FLASH中加载到SDRAM中运行，整个过程是自动的。下载模式就是Bootloader通过某些通信手段将内核映像或根文件系统映像等从PC机中下载到目标板的SDRAM中运行，用户可以利用Bootloader提供的一些令接口来完成自己想要的操作，这种模式主要用于测试和开发。



三、 启动流程

启动模式包含：自启动和交互模式，正常使用是自启动模式。

  大多数BootLoader都分为stage1和stage2两大部分，U-boot也不例外。依赖于cpu体系结构的代码（如设备初始化代码等）通常都放在stage1且可以用汇编语言来实现，而stage2则通常用C语言来实现，这样可以实现复杂的功能，而且有更好的可读性和移植性。

  1. stage1（start.s代码结构）

U-boot的stage1代码通常放在start.s文件中，它用汇编语言写成，其主要代码部分如下：

  • 定义入口。由于一个可执行的image必须有一个入口点，并且只能有一个全局入口，通常这个入口放在rom（Flash）的0x0地址，因此，必须通知编译器以使其知道这个入口，该工作可通过修改连接器脚本来完成。
  • 设置异常向量，设置SVC模式，关闭MMU Cache
  • 设置CPU的速度、时钟频率及中断控制寄存器。
  • 初始化内存控制器 。
  • 将rom中的程序复制到ram中。
  • 初始化堆栈 。
  • 转到ram中执行，该工作可使用指令ldrpc来完成。
  1. stage2（C语言代码部分）

lib_arm/board.c中的start armboot是C语言开始的函数，也是整个启动代码中C语言的主函数，同时还是整个u-boot（armboot）的主函数，该函数主要完成如下操作：

  • 调用一系列的初始化函数。
  • 初始化flash设备。
  • 初始化系统内存分配函数。
  • 如果目标系统拥有nand设备，则初始化nand设备。
  • 如果目标系统有显示设备，则初始化该类设备。
  • 初始化相关网络设备，填写ip，c地址等。
  • 进入命令循环（即整个boot的工作循环），接受用户从串口输入的命令，然后进行相应的工作。


四、u-boot移植

已配置好的：

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0、注释配置文件中的中文设置, 在下面三行加#
	# sudo vim ~/.bashrc
	#export LANG=LANG="zh_CN.utf-8"
	#export LANGUAGE="zh_CN:zh:en_US:en"
	#export LC_ALL="zh_CN.utf-8"

1、解压day2中的u-boot-2013.01-fs4412.tar.bz2
	tar -xvf u-boot-2013.01-fs4412.tar.xz

2、拷贝day2下的build.sh到解压的目录下，替换原有的目录

3、进入u-boot-2013.01-fs4412，执行build.sh
	./build.sh
注： 如果Flash不是三星的，则需要根据FS4412兼容高版本eMMC.pdf更改emmc配置

4、验证u-boot.bin
	1) 将生成的u-boot-fs4412.bin文件拷贝到tftp共享目录中；
			cp u-boot-fs4412.bin /tftpboot
	2) 通过sd方式将生产uboot烧写到mmc中；
			将拨码开关拨到sd启动方式，启动开发板进入到交互模式：
			tftp 41000000 u-boot-fs4412.bin
			movi write u-boot 41000000
			将拨码开关拨到emmc启动方式，观察现象,启动成功

未配置好的

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0、 将官方的uboot下载下来，在boot中的`makefile`中搜索`CROSS_COMPILE`指定架构(如arm)和交叉编译工具链（如arm-none-linux-gnueabi）
1、借鉴origen板子的信息；  find . -name origen*
		拷贝板子头文件信息：
		cp include/configs/origen.h include/configs/fs4412.h
		拷贝并且修改板级文件：
		cp board/samsung/origen/ board/samsung/fs4412 -afr
		mv board/samsung/fs4412/origen.c board/samsung/fs4412/fs4412.c
		
		修改board/samsung/fs4412/Makefile的目标文件:
		vim board/samsung/fs4412/Makefile	
		将 31行 的 origen.o 修改为 fs4412.o

		修改u-boot目录下板级配置文件 boards.cfg
		在origen后面添加新行fs4412			
		284 origen                       arm         armv7       origen              samsung        exynos
		285 fs4412                       arm         armv7       fs4412              samsung        exynos

	重新编译：烧写到emmc启动开发板，
		@make distclean						//清除原有的配置文件和生产的文件
		@make fs4412_config					//添加现有板子的配置文件
		@make 								//编译uboot
			-->生产u-boot.bin
		@cp u-boot.bin /tftpboot		//将生成的u-boot.bin拷贝到tftp共享文件中；
		
		将拨码开关拨到100x SD启动
		#tftp 41000000 u-boot.bin			//在目标机上下载u-boot到41000000
		#movi write u-boot 41000000			//将41000000地址空间的数据写入到uboot对应的位置
		
		将拨码开关拨到011x emmc启动
			观察现象：串口没有数据输出，板子没有任何反应；（板砖）
			
	分析原因：uboot是否执行：
	解决办法： 通过点灯的方式验证uboot是否执行
	
	2、	在 arch/arm/cpu/armv7/start.S 文件中添加点灯代码：
136         /* led on */
137         ldr r0, =0x11000c40 @GPK2_7 led2
138         ldr r1, [r0]
139         bic r1, r1, #0xf0000000
140         orr r1, r1, #0x10000000
141         str r1, [r0]
142 
143         ldr r0, =0x11000c44
144         mov r1,#0xff
145         str r1, [r0]

	重新编译：将uboot烧写到emmc，通过emmc启动开发板
		@make 								//编译uboot
			-->生产u-boot.bin
		@cp u-boot.bin /tftpboot		//将生成的u-boot.bin拷贝到tftp共享文件中；
		
		将拨码开关拨到100x SD启动
		#tftp 41000000 u-boot.bin			//在目标机上下载u-boot到41000000
		#movi write u-boot 41000000			//将41000000地址空间的数据写入到uboot对应的位置
	
	
	串口没有数据输出，led并未被点亮；（板砖） --> uboot并未被执行；
	分析原因：与板子的启动有关系；
	解决办法：查看芯片手册，看启动流程,需要添加启动代码：BL1、BL2
		1） 将CodeSign4SecureBoot 三星提供的安全启动方式拷贝uboot的目录中；
		2）	进入到CodeSign4SecureBoot目录中修改build.sh文件中cp对应行
			cp u.bin /tftpboot 
		3) 重新编译 执行build.sh
			编译的同时将生产的u.bin拷贝到tftp共享文件中；
		4） 通过sd启动方式将uboot烧写到emmc
			将拨码开关拨到100x SD启动
			#tftp 41000000 u.bin				//在目标机上下载u-boot到41000000
			#movi write u-boot 41000000			//将41000000地址空间的数据写入到uboot对应的位置
		5) 通过emmc启动开发板
			将拨码开关拨到011x emmc启动
			观察现象：串口没有数据输出，led亮了，等一会灭了，又亮了，在等会led亮了，等一会灭了，又亮了 ……
		分析原因：看门狗是否关闭、中断是否关闭、其它；
				通过排除的方式，看门狗和中断没有问题，而是电源控制单元的问题
				驱动电路过流或过热保护了。你这情况一般都是过热保护，驱动电路板散热不好，元件过热，电路就会自动断来，等温度降下来后，又再次启动。
		
		解决办法：添加电源管理相关代码，关闭看门狗
		1) 代码修改
			vim arch/arm/cpu/armv7/start.S中添加	
147         /*for close watchdog */    
148         /* PS-Hold high */
149         ldr r0, =0x1002330c    /*PS_HOLD_CONTROL*/
150         ldr r1, [r0]
151         orr r1, r1, #0x300
152         str r1, [r0]         
153         ldr     r0, =0x11000c08
154         ldr r1, =0x0             /*Disables Pull-up/Pull-down*/
155         str r1, [r0]
156         /* Clear  MASK_WDT_RESET_REQUEST  */
157         ldr r0, =0x1002040c
158         ldr r1, =0x00
159         str r1, [r0]
		2) 重新编译：
			cd CodeSign4SecureBoot
			./build.sh
				--> 生成的u.bin文件存储在tftp共享文件中
		
		3) 通过sd启动方式将uboot烧写到emmc
			将拨码开关拨到100x SD启动
			#tftp 41000000 u.bin				//在目标机上下载u-boot到41000000
			#movi write u-boot 41000000			//将41000000地址空间的数据写入到uboot对应的位置
		4) 通过emmc启动开发板
			将拨码开关拨到011x emmc启动	
		重新观察结果： led常亮(说明uboot正常执行)，但是串口依然没有数据输出；
		分析原因：串口初始化有问题，通过代码跟踪（串口时钟初始化的问题）；
		解决办法：
		1) 添加串口时钟初始化代码：board/samsung/fs4412/lowlevel_init.S
			vim board/samsung/fs4412/lowlevel_init.S
		
		在串口初始化代码中的
		str     r1, [r0, #EXYNOS4_GPIO_A1_CON_OFFSET]
		后面添加
338         /* 添加串口相关的时钟初始化 */
339         ldr     r0, =EXYNOS4_CLOCK_BASE      /*system_clock_init*/
340 
341         ldr     r1, =CLK_SRC_PERIL0_VAL		 /*uart[0:4]*/
342         ldr     r2, =CLK_SRC_PERIL0_OFFSET
343         str     r1, [r0, r2]
344 
345         ldr     r1, =CLK_DIV_PERIL0_VAL		 /*uart clock divisors*/
346         ldr     r2, =CLK_DIV_PERIL0_OFFSET
347         str     r1, [r0, r2]
		并且把串口初始化后面的
		#if 0
90		bl tzpc_init 
		#endif
		屏蔽掉
		
		2) 重新编译：
			cd CodeSign4SecureBoot
			./build.sh
				--> 生成的u.bin文件存储在tftp共享文件中
		
		3) 通过sd启动方式将uboot烧写到emmc
			将拨码开关拨到100x SD启动
			#tftp 41000000 u.bin				//在目标机上下载u-boot到41000000
			#movi write u-boot 41000000			//将41000000地址空间的数据写入到uboot对应的位置
		4) 通过emmc启动开发板
			将拨码开关拨到011x SD启动
			
【网卡移植】
	网卡移植请参考  网络.doc文件

网卡移植：

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1、	添加网络初始化代码
$vim   board/samsung/fs4412/fs4412.c


在struct exynos4_gpio_part2 *gpio2; 后添加:

	#ifdef CONFIG_DRIVER_DM9000
	#define EXYNOS4412_SROMC_BASE 0X12570000

	#define DM9000_Tacs     (0x1) 
	#define DM9000_Tcos     (0x1) 
	#define DM9000_Tacc     (0x5) 
	#define DM9000_Tcoh     (0x1) 
	#define DM9000_Tah      (0xC) 
	#define DM9000_Tacp     (0x9)   
	#define DM9000_PMC      (0x1)  

	struct exynos_sromc {
	unsigned int bw;
	unsigned int bc[6];
	};

	/*
	* s5p_config_sromc() - select the proper SROMC Bank and configure the
	* band width control and bank control registers
	* srom_bank    - SROM
	* srom_bw_conf  - SMC Band witdh reg configuration value
	* srom_bc_conf  - SMC Bank Control reg configuration value
	*/
	void exynos_config_sromc(u32 srom_bank, u32 srom_bw_conf, u32 srom_bc_conf)
	{
	unsigned int tmp;
	struct exynos_sromc *srom = (struct exynos_sromc *)(EXYNOS4412_SROMC_BASE);

			/* Configure SMC_BW register to handle proper SROMC bank */
	tmp = srom->bw;
	tmp&= ~(0xF << (srom_bank * 4));
	tmp |= srom_bw_conf;
	srom->bw = tmp;

			/* Configure SMC_BC register */
	srom->bc[srom_bank] = srom_bc_conf;
	}
	static void dm9000aep_pre_init(void)
	{
	unsigned int tmp;
	unsigned char smc_bank_num = 1;
	unsigned int     smc_bw_conf=0;
	unsigned int     smc_bc_conf=0;

		/* gpio configuration */
	writel(0x00220020, 0x11000000 + 0x120);
	writel(0x00002222, 0x11000000 + 0x140);
		/* 16 Bit bus width */
	writel(0x22222222, 0x11000000 + 0x180);
	writel(0x0000FFFF, 0x11000000 + 0x188);
	writel(0x22222222, 0x11000000 + 0x1C0);
	writel(0x0000FFFF, 0x11000000 + 0x1C8);
	writel(0x22222222, 0x11000000 + 0x1E0);
	writel(0x0000FFFF, 0x11000000 + 0x1E8);              
	smc_bw_conf &= ~(0xf<<4);
		smc_bw_conf |= (1<<7) | (1<<6) | (1<<5) | (1<<4);
		smc_bc_conf = ((DM9000_Tacs << 28)
						| (DM9000_Tcos << 24)
						| (DM9000_Tacc << 16)
						| (DM9000_Tcoh << 12)
						| (DM9000_Tah << 8)
				| (DM9000_Tacp << 4)
						| (DM9000_PMC));
		exynos_config_sromc(smc_bank_num,smc_bw_conf,smc_bc_conf);
	}
	#endif


在gd->bd->bi_boot_params = (PHYS_SDRAM_1 + 0x100UL); 后添加

	#ifdef CONFIG_DRIVER_DM9000
       dm9000aep_pre_init();
	#endif

在文件末尾添加:

	#ifdef CONFIG_DRIVER_DM9000
	int board_eth_init(bd_t *bis)                                                  
	{      
	return dm9000_initialize(bis);                                            
																																	
	}  
	#endif

2、		修改配置文件添加网络相关配置
$ vim   include/configs/fs4412.h
	修改
	#undef CONFIG_CMD_PING
	为
	#def ine  CONFIG_CMD_PING

	修改
	#undef CONFIG_CMD_NET  
	为
	#def ine  CONFIG_CMD_NET

	在文件末尾
#ifdef CONFIG_CMD_NET
#define CONFIG_NET_MULTI
#define CONFIG_DRIVER_DM9000  1
#define CONFIG_DM9000_BASE    0x05000000
#define DM9000_IO      			CONFIG_DM9000_BASE
#define DM9000_DATA    			(CONFIG_DM9000_BASE + 4)
#define CONFIG_DM9000_USE_16BIT
#define CONFIG_DM9000_NO_SROM  1
#define CONFIG_ETHADDR 		11:22:33:44:55:66
#define CONFIG_IPADDR  			192.168.9.233
#define CONFIG_SERVERIP        	192.168.9.120
#define CONFIG_GATEWAYIP      	192.168.9.1
#define CONFIG_NETMASK 		255.255.255.0
#endif

3、	重新进入CodeSign4SecureBoot编译u-boot
$ ./build.sh 
	烧写新的u.bin
	
	最后复位


注意要修改对应的IP地址

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