U-boot代碼層次

uboot需要支持眾多的硬件，并且具有良好的可擴(kuò)展性、可移植性和可維護(hù)性，因此必須要有一個設(shè)計良好的代碼架構(gòu)。代碼架構(gòu)的設(shè)計總是與軟硬件架構(gòu)密不可分的，在硬件層面嵌入式系統(tǒng)的核心一般包括以下層次：

（1）目標(biāo)板：它包含了系統(tǒng)運行所需的所有組件，如SOC芯片、DDR、flash/emmc存儲器、各種外設(shè)以及時鐘源、電源管理芯片等

（2）SOC：它包含了cpu、總線控制器、集成在片內(nèi)的rom、sram、dma控制器、硬件加速器、異構(gòu)核，以及片內(nèi)時鐘、電源控制模塊等

（3）處理器架構(gòu)：它一般指處理器體系結(jié)構(gòu)的大版本，不同的體系結(jié)構(gòu)之間可能存在不同的指令集、異常模型以及內(nèi)存模型等。例如對于arm系列架構(gòu)，armv8和armv7就屬于不同的處理器架構(gòu)

（4）cpu型號：它是指處理器的具體型號，如cortex-a53或cortex-a72等

一般cpu型號和處理器架構(gòu)數(shù)量相對較少，如對于arm架構(gòu)來說一般就是arm官方發(fā)布的這些型號。而soc型號就要多一些，它主要是各芯片公司基于特定cpu架構(gòu)以及其它ip模塊，設(shè)計的專用或通用芯片，如高通或海思設(shè)計的手機(jī)芯片。最后就是以soc芯片為核心設(shè)計的目標(biāo)板了，在目標(biāo)板上基本上集成了一款產(chǎn)品所需的所有組件，如一款手機(jī)的電路板。它們之間的簡單關(guān)系如下圖：

Uboot的代碼設(shè)計也遵循以上層次，arch目錄包含了處理器架構(gòu)相關(guān)代碼，arch/cpu目錄包含了特定cpu代碼，而board目錄則包含了特定目標(biāo)板的代碼。因此當(dāng)我們新增加一款目標(biāo)板時，主要的工作就可以集中在board相關(guān)的代碼，只要不是太新的cpu型號，arch和cpu相關(guān)代碼在uboot官方版本中都已經(jīng)被支持。因此可以直接復(fù)用這部分實現(xiàn)，我們唯一要做的就是選擇正確的配置選項。

如何添加board

添加board的基本步驟

當(dāng)我們開始一個全新的項目時，總是希望能先讓系統(tǒng)能運行起來，然后再在此基礎(chǔ)上為其添加更多的feature，這個只包含能讓系統(tǒng)運行所需模塊的系統(tǒng)，叫做最小系統(tǒng)。cpu能正常運行包含以下幾個條件：

（1）具有合適的電源和時鐘

（2）程序代碼被加載到合適的位置，cpu能夠正常獲取指令

（3）具有cpu用于數(shù)據(jù)操作的可讀寫內(nèi)存

（4）cpu被release reset 當(dāng)然對于需要支持中斷的系統(tǒng)，則還需要包含中斷控制器，而對于像操作系統(tǒng)這種需要通過定時器驅(qū)動進(jìn)程切換的系統(tǒng)，則顯然還需要timer定時器。為了達(dá)到以上目的，我們添加board的基本步驟大概如下： （1）在board目錄下為新board添加一個目錄，用于存放board特定的代碼

（2）為新目錄添加Kconfig配置選項和Makefile編譯選項，將其添加到編譯系統(tǒng)中

（3）在Kconfig中為該board定義一個配置項，并為該配置項添加其所支持的特性，如cpu架構(gòu)、cpu型號等

（4）為新board增加一個配置相關(guān)的頭文件和編譯所需的defconfig文件，用于該board相關(guān)的選項配置

（5）在board目錄下添加適當(dāng)?shù)奈募崿F(xiàn)必要的接口

test board添加示例

添加target配置選項

1. 在arch/arm/Kconfig的board select菜單下新增如下的TARGET_TESTBOARD配置選項：

config TARGET_TESTBOARD
        bool "Qemu test board"
        select ARM64
        select DM
        select DM_SERIAL
        select PL01X_SERIAL
        select SUPPORT_SPL
        select SPL if SUPPORT_SPL
        select SPL_FRAMEWORK_BOARD_INIT_F if SPL
        select SPL_SERIAL_SUPPORT
        select PL011_SERIAL if SPL
        select SPL_LIBGENERIC_SUPPORT if SPL
        select SPL_LIBCOMMON_SUPPORT if SPL

它將在后面的configs/testboard_defconfig中通過CONFIG_ TARGET_TESTBOARD =y選擇

2. 在arch/arm/Kconfig文件中添加以下內(nèi)容，以包含board的Kconfig文件

source "board/mars/test/Kconfig"

添加config頭文件

在include/configs目錄下添加config頭文件testboard.h，并添加以下內(nèi)容：

#ifndef __CONFIG_H
#define __CONFIG_H
#include 

#define CONFIG_SYS_SDRAM_BASE           0x40000000

/* The DTB generated by QEMU is placed at start of RAM, stay away from there */
#define CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR         (CONFIG_SYS_SDRAM_BASE + SZ_2M)
#define CONFIG_SYS_LOAD_ADDR            (CONFIG_SYS_SDRAM_BASE + SZ_2M)
#define CONFIG_SYS_MALLOC_LEN           SZ_16M

#define CONFIG_SYS_BOOTM_LEN            SZ_64M

#define CONFIG_SYS_HZ                       1000

#define CONFIG_PL01x_PORTS              {(void *)(0x9000000)}
#define CONFIG_PL011_CLOCK      1


#define CONFIG_SYS_UBOOT_START 0x40300000
#define BOOT_TARGET_DEVICES(func) \\
        func(VIRTIO, virtio, 0)

#define CONFIG_EXTRA_ENV_SETTINGS \\
        "fdt_addr=0x43000000\\0" \\
        "kernel_addr_r=0x40000000\\0" \\
        "bootargs=earlycon root=/dev/vda\\0" \\
        "bootcmd=smhload /home/lgj/work/linux/arch/arm64/boot/Image ${kernel_addr_r};" \\
        "smhload /home/lgj/work/linux/arch/arm64/boot/dts/qemu/test-board-smc.dtb ${fdt_addr};" \\
        "booti ${kernel_addr_r} - ${fdt_addr}\\0"

#define CONFIG_SYS_CBSIZE 512
#define CONFIG_SYS_MONITOR_BASE         CONFIG_SYS_TEXT_BASE
#define CONFIG_SYS_MAX_FLASH_BANKS_DETECT       2
#define CONFIG_SYS_MAX_FLASH_SECT       256 /* Sector: 256K, Bank: 64M */
#define CONFIG_CFI_FLASH_USE_WEAK_ACCESSORS

#define CONFIG_SPL_MAX_SIZE 0x25000
#define CONFIG_SPL_STACK (CONFIG_SYS_SDRAM_BASE + SZ_1M)
#define CONFIG_SPL_BSS_START_ADDR (CONFIG_SYS_SDRAM_BASE + SZ_1M)

#define CONFIG_SPL_BSS_MAX_SIZE 0x1000
#endif

添加dtb文件

使用qemu模擬器啟動uboot時，模擬器會提供一個默認(rèn)的dtb文件，但是我們也可以使用自己自定義的dtb文件，以下是自定義dtb文件的方法：

1. 在arch/arm/dts/目錄下添加dts文件test-board-minimal.dts，并在目錄的Makefile中添加以下編譯選項

dtb-$(CONFIG_TARGET_TESTBOARD) += test-board-minimal.dtb

2. 在配置文件configs/testboard_defconfig中指定該dtb為默認(rèn)dtb文件，并使能uboot的設(shè)備樹支持

CONFIG_DEFAULT_DEVICE_TREE="test-board-minimal"
CONFIG_OF_CONTROL=y
CONFIG_OF_SEPARATE=y

添加board文件

1. 在board目錄下創(chuàng)建mars/test目錄
2. 在board/mars/test目錄下創(chuàng)建Kconfig文件，并添加如下內(nèi)容

if TARGET_TESTBOARD
config SYS_VENDOR
        default "mars"

config SYS_BOARD
        default "test"

config SYS_CONFIG_NAME
        default "testboard"
endif

其中：

SYS_VENDOR：用于指定該board的vendor名，它與SYS_BOARD一起確定會被編譯的board代碼路徑。即board/< SYS_VENDOR >/common和board/< SYS_VENDOR >/< SYS_BOARD >的路徑下的Makefile會被執(zhí)行，在我們的例子中該目錄為board/mars/common/和board/mars/test/SYS_BOARD：用于指定在board/< SYS_VENDOR >下需要編譯的board路徑，如當(dāng)前配置下該目錄為board/mars/test/

SYS_CONFIG_NAME用于指定include/configs目錄下的頭文件名，如當(dāng)前配置該文件即為include/configs/testboard.h

3. 在board/mars/test目錄下創(chuàng)建MAINTAINERS文件，并添加如下內(nèi)容

QEMU QEMU TEST BOARD
M:      xxx@yyy.com
S:      Maintained
F:      board/mars/test
F:      include/configs/testboard.h
F:      configs/testboard.h

4. 在board/mars/test目錄下創(chuàng)建Makefile文件，并添加如下內(nèi)容

obj-y   += testboard.o

5. 創(chuàng)建board/mars/test目錄下創(chuàng)建testboard.c文件，并添加如下內(nèi)容

include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#ifdef CONFIG_ARM64
#include 
static struct mm_region testboard_mem_map[] = {
        {
                /* Flash */
                .virt = 0x00000000UL,
                .phys = 0x00000000UL,
                .size = 0x08000000UL,
                .attrs = PTE_BLOCK_MEMTYPE(MT_NORMAL) |
                         PTE_BLOCK_INNER_SHARE
        }, {
                /* Lowmem peripherals */
                .virt = 0x08000000UL,
                .phys = 0x08000000UL,
                .size = 0x38000000,
                .attrs = PTE_BLOCK_MEMTYPE(MT_DEVICE_NGNRNE) |
                         PTE_BLOCK_NON_SHARE |
                         PTE_BLOCK_PXN | PTE_BLOCK_UXN
        }, {
                /* RAM */
                .virt = 0x40000000UL,
                .phys = 0x40000000UL,
                .size = 255UL * SZ_1G,
                .attrs = PTE_BLOCK_MEMTYPE(MT_NORMAL) |
                         PTE_BLOCK_INNER_SHARE
        }, {
                /* Highmem PCI-E ECAM memory area */
                .virt = 0x4010000000ULL,
                .phys = 0x4010000000ULL,
                .size = 0x10000000,
                .attrs = PTE_BLOCK_MEMTYPE(MT_DEVICE_NGNRNE) |
                         PTE_BLOCK_NON_SHARE |
                         PTE_BLOCK_PXN | PTE_BLOCK_UXN
        }, {
                /* Highmem PCI-E MMIO memory area */
                .virt = 0x8000000000ULL,
                .phys = 0x8000000000ULL,
                .size = 0x8000000000ULL,
                .attrs = PTE_BLOCK_MEMTYPE(MT_DEVICE_NGNRNE) |
                         PTE_BLOCK_NON_SHARE |
                         PTE_BLOCK_PXN | PTE_BLOCK_UXN
        }, {
                /* List terminator */
                0,
        }
};

struct mm_region *mem_map = testboard_mem_map;
#endif

int board_init(void)
{
        return 0;
}

int dram_init(void)
{
        if (fdtdec_setup_mem_size_base() != 0)
                return -EINVAL;

        return 0;
}

int dram_init_banksize(void)
{
        fdtdec_setup_memory_banksize();

        return 0;
}

void *board_fdt_blob_setup(void)
{
        /* QEMU loads a generated DTB for us at the start of RAM. */
        return (void *)CONFIG_SYS_SDRAM_BASE;
}

void enable_caches(void)
{
         icache_enable();
         dcache_enable();
}

#ifdef CONFIG_SPL
u32 spl_boot_device(void)
{
        return BOOT_DEVICE_SEMIHOSTING;
}
#endif

創(chuàng)建defconfig配置文件

在configs目錄下為testboard創(chuàng)建配置文件testboard_defconfig，并添加如下內(nèi)容

CONFIG_ARM=y
CONFIG_TARGET_TESTBOARD=y
CONFIG_POSITION_INDEPENDENT=y
CONFIG_NR_DRAM_BANKS=1
CONFIG_ENV_SIZE=0x40000
CONFIG_ENV_SECT_SIZE=0x40000
CONFIG_DEFAULT_DEVICE_TREE="test-board-minimal"
CONFIG_ENV_ADDR=0x4000000

CONFIG_OF_CONTROL=y
CONFIG_OF_SEPARATE=y

CONFIG_DM_SERIAL=y
CONFIG_DM_ETH=y
CONFIG_SYSRESET=y
CONFIG_SEMIHOSTING=y

# add boot stage info to fdt
CONFIG_OF_FDT=y

CONFIG_SPL_SYS_MALLOC_F_LEN=0x1000
CONFIG_SPL_TEXT_BASE=0x40000000
CONFIG_CONS_INDEX=0
CONFIG_SYS_TEXT_BASE=0x40300000
# CONFIG_DISPLAY_CPUINFO is not set

spl支持semihost啟動

1. 將arch/arm/lib/semihosting.c中smh_load_file導(dǎo)出，即去掉下面定義中的static

static int smh_load_file(const char * const name, ulong load_addr,  ulong *end_addr)
{
        …
}

2. 將arch/arm/lib/semihosting.c中的do_smhload文件修改為只有uboot編譯，即將其修改為：

#ifndef CONFIG_SPL_BUILD
static int do_smhload(struct cmd_tbl *cmdtp, int flag, int argc,
                      char *const argv[]) {
}
#endif

3. 在arch/arm/include/asm/spl.h的BOOT DEVICE枚舉中添加對semihosting的支持

enum {
        …
        BOOT_DEVICE_SEMIHOSTING,
        BOOT_DEVICE_NONE
};

4. 在common/spl/目錄下添加文件spl_semihosting.c，并添加以下內(nèi)容：

#include 
#include 
extern int smh_load_file(const char * const name, ulong load_addr,
                         ulong *end_addr);

static int spl_sh_load_image(struct spl_image_info *spl_image,
                              struct spl_boot_device *bootdev)
{
        int rc;
        ulong uboot_load_addr = 0x40300000, uboot_end_addr;

        rc = smh_load_file("u-boot.bin", uboot_load_addr,
                         &uboot_end_addr);
        if (rc < 0) {
                if (CONFIG_IS_ENABLED(SHOW_ERRORS) &&
                    CONFIG_IS_ENABLED(LIBCOMMON_SUPPORT))
                        printf(SPL_TPL_PROMPT "load file u-boot.bin failed (err=%d)\\n",
                               rc);
                else
                        puts(SPL_TPL_PROMPT "load file u-boot.bin failed\\n");
 
                return -1;
        }
 
        spl_image->load_addr = uboot_load_addr;
        spl_image->entry_point = uboot_load_addr;
        spl_image->os = IH_OS_U_BOOT;

        return 0;
}
SPL_LOAD_IMAGE_METHOD("SEMIHOSTING", 0, BOOT_DEVICE_SEMIHOSTING, spl_sh_load_image);