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[嵌入式]u-boot (3) —— spl |
目录 u-boot 里面,有一个叫做 SPL 的东东,你在看 u-boot 代码的时候,很多地方都可以看到和他相关的东西,这里聊一下这玩意到底是拿来干啥用的; 1、SPL 名字由来SPL 全称叫做:Secondary Program Loader,看名字,像是一个什么二级加载相关的;实质上,也是二级加载; 众所周知,u-boot 是用来 boot 我们的嵌入式系统的,那直接使用 u-boot 就行了呗,为何还会多出一个 uboot spl 呢?那我们从系统启动开始说起吧; 站在芯片厂商的角度来说,硬件系统一上电,一定是要去某个地址取指令(一般是 0x00000000),然后软件便开始很欢快的运行起来了;通常来讲,SoC 厂家都会做一个 ROM 在 SoC 内部,这个 ROM 很小(成本,你懂的),里面固化了上电启动的代码(一经固化,永不能改,是芯片做的时候,做进去的);这部分代码呢,我们管它叫做 BootROM(或者你随便叫也行)笔者常年混迹半导体公司,有幸从头到尾,自己写完过一个这个 BootROM 代码; 换句话来说,上电后,先接管系统的是 SoC 厂家的 BootROM,他要做些什么事情呢?初始化系统,CPU 的配置,关闭看门狗,初始化时钟,初始化一些外设(比如 USB Controller、MMC Controller,Nand Controller 等); 我们管这个 BootROM 叫做一级启动程序,而排在后面的就叫二级启动,这就是 SPL 名字的由来; 2、SPL 拿来干嘛2.1、铺垫为了讲清楚 spl 的用处,我需要先铺垫一点其他东西; 如果是大芯片(不是单片机),外挂了存储设备(eMMC、Nand、SDCard 等)和内存 RAM(SDRAM、DDR 等),通常情况下呢,我们要让系统跑起来,需要先烧写代码,这个烧写代码,其实是将可执行的二进制文件写到外部的存储设备上(eMMC、Nand、SD Card 等);系统上电启动的时候呢,去把他们读到内存中去执行; 前面我们说了,上电后,其实SoC 厂家自己的 BootROM,其他可执行的程序(u-boot、Kernel)都放(烧写)到了外部存储器是先去执行 上; 那么BootROM 的代码除了去初始化硬件环境以外,还需要去外部存储器上面,将接下来可执行的程序读到内存来执行; 既然是读到内存执行,那么这个内存可以不可以是我们板载的 DDR 呢?理论上是可以的,但是,SoC 厂家设计的 DDR 控制器呢,一般会支持很多种类型的 DDR 设备,并且会提供兼容性列表,SoC 厂家怎么可能知道用户 PCB 上到底用了哪种内存呢?所以,直接把外部可执行程序读到 DDR 显然是不太友好的,一般来说呢,SoC 都会做一个内部的小容量的 SRAM (又是成本),BootROM 将外部的可执行程序从存储器中读出来,放到 SRAM 去执行; 好了,现在我们引出了 SRAM,引出了 BootROM; 那么 BootROM 从具体哪个存储器读出二进制文件呢?SoC 厂家一般会支持多种启动方式,比如从 eMMC 读取,从 SDCard 读取,从 Nand Flash 读取等等;上电的时候,需要告诉它,它需要从什么样的外设来读取后面的启动二进制文件; 一般的设计思路是,做一组?Bootstrap Pin,上电的时候呢?BootROM 去采集这几个 IO 的电平,来确认要从什么样的外部存储器来加载后续的可执行文件;
当 BootROM 读到这些值后,就会去初始化对应的外设,然后来读取后面要执行的代码;这些 IO 一般来说,会做成板载的拨码开关,用于调整芯片的启动方式; 这里,多说一句,读取烧写的二进制的时候呢,需要注意一些细节,比如,SoC 厂家告诉你,你需要先把 SDCard 初始化称为某种文件系统,然后把东西放进去才有效,之类的;因为文件系统是组织文件的方式,并不是裸分区;你按照 A 文件系统的方式放进去,然后 SoC 的 BootROM 也按照 A 文件系统的方式读出来,才能够达成一致; 2.2、spl好了,铺垫得够多的了,这里我们回归主题:spl; 前面说了,BootROM 会根据 Bootstrap Pin 去确定从某个存储器来读可执行的二进制文件到 SRAM 并执行;理论上来说,这个二进制文件就可以是我们的 u-boot.bin 文件了;也就是 BootROM 直接加载 u-boot.bin; 理论上是这样的,但是这里有一个问题,就是 SRAM 很贵,一般来说,SoC 的片上 SRAM 都不会太大,一般 4KB、8KB、16KB...256KB不等;但是呢,u-boot 编译出来,却很大,好几百KB,放不下! 放不下怎么办?有两种办法:
比如,我们的 u-boot 有 300KB,SRAM 有 8KB,外部 DDR 1GB: 如果使用第一种方案的话,u-boot 的前面 8K 被加载进入 SRAM 执行,u-boot 被截断,我们就需要保证在 u-boot 的前 8KB 代码,把板载的 DDR 初始化好,把整个 u-boot 拷贝到 DDR,然后跳转到 DDR 执行; 第二种方案的话,我们做一个小的 u-boot ,这个 u-boot 就叫做 spl,它很小很小(小于SRAM大小),它先被 BootROM 加载到 SRAM 运行,那么这个 spl 要做什么事情呢?最主要的就是要初始化 DDR Controller,然后将真正的大 u-boot 从外部存储器读取到 DDR 中,然后跳转到大 u-boot; 如下图所示: ? ?我标记了一些东西: 先假设,我们的“货”,都已经放置到了外部存储器上,也就是绿色部分; 0、上电后,BootROM 开始执行,初始化时钟,关闭看门狗,关 Cache,关中断等等,根据 Bootstrap Pin 来确定启动设备,初始化外设; 1、使用外设驱动,从存储器读取 SPL; ---------------- 以上部分是 SoC 厂家的事情,下面是用户要做的事情?---------------- 2、SPL 被读到 SRAM 执行,此刻,控制权以及移交到我们的 SPL 了; 3、SPL 初始化外部 DDR; 4、SPL 使用驱动从外部存储器读取 u-boot 并放到 DDR; 5、跳转到 DDR 中的 u-boot 执行; 6、加载内核; 实际情况中,还需注意很多问题: 1、编译阶段的链接地址,是否需要地址无关? 2、SPL 的代码和 u-boot 的代码是否有重合的地方?如果有,是否意味着 SPL 执行过的,跳转到 u-boot 又要在执行一次? 3、具体情况下,需要配置哪些硬件?怎么配置? 这些问题,会在使用 spl 的时候,具体代码分析中逐个解答;请听下回分解; |
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