Freescale i.mx28 Boot-stream分析

发表于 2015-2-7 18:16

一: 摘要

基于freescale的i.MX28处理器，ARM926EJ-S内核，最高主频400MHZ，内存DDR2 128MB，NAND FLASH 128MB，i.MX28有极高的集成度，可以降低系统总体成本，低功耗平台，能满足电池供电环境。内嵌L2 Switch，支持双网口；双CAN总线；多达6个UART，便于工控产品系统集成。平台软件丰富稳定，为降低客户设计要求，在linux操作系统之上封装了丰富的协议、基础库、应用程序框架和应用程序支撑层。无需熟悉底层繁琐的基础性，linux API，只需要会C++即可设计出完美的客户应用程序。工业级和汽车级环境，宽温度范围，高稳定性，非常适合于工业控制、汽车电子、医疗器械、仪器仪表。
imx28 启动模式提供了2种引导linux kernel 的方法

1:Boot-stream:

直接启动linux，使用imx-boolets 生成_linux.sb包含了硬件初始化和kernel引导代码。Linux_prep阶段将内核启动参数传递给kernel，然后跳到kernel (zImage) 处运行。

2：U-boot

对于i.MX28，U-Boot是用于在网络上的Linux内核映像加载到SDRAM，因为i.MX28内置ROM固件中没有实现的TCP / IP网络协议栈。i.MX28 U-Boot实现了FEC以太网控制器内置的驱动程序，可以使用TCP / IP网络下载kernel. (NFS,TFTP)

本文的主角是Boot-stream，所以U-boot就此飘过.......
二：启动流程

Boot stream 启动经历四个阶段; 这里直接引用IMX28 USER'S GUIDE 文档的说明：

  •  power_prep — This bootlet configures the power supply.

  •  boot_prep — This bootlet configures the clocks and SDRAM.

  •  linux_prep — This bootlet prepares to boot Linux

发表于 2015-2-7 18:17

三：代码分析

  (1)power_prep

国际惯例，先来查看linker script ,

   在./imx-bootlets-src/power_prep目录下:link.lds文件：

　　OUTPUT_ARCH(arm)
　　ENTRY(_start)
　　SECTIONS
　　{
　　 . = 0x00000000;
　　 . = ALIGN(4);
　　 .text : { *(.text) }
　　 .data : { *(.data) }
　　 .bss : { *(.bss) }
　　}
OUTPUT_ARCH(arm)：;指定输出可执行文件的平台为ARM

=号前的"."为地址计数器(location counter ),　该符号只能用于SECTIONS命令内部，初始值为‘0’，可以对该符号进行赋值，也可以使用该符号进行计算或赋值给其他符号。它会自动根据SECTIONS命令内部所描述的输出段的大小来计算当前的地址。

可以看出，代码的执行地址和存储地址就是0x00000000，以4字节对齐方式存储，依次存放text,data,bbs段。

ENTRY(_start)指定代码执行的入为_start。

进入imx-bootlets-src/power_prep/power_prep.c

_start:对寄存器的设置

PowerPrep_CPUClock2XTAL();

//设置时钟为外部时钟源。

PowerPrep_ClearAutoRestart();

//clear RTC ALARM wakeup or AUTORESTART bits here

hw_power_SetPowerClkGate( false );

//空函数，采用默认的设置

HW_POWER_VDDDCTRL.B.LINREG_OFFSET= HW_POWER_LINREG_OFFSET_STEP_BELOW;

HW_POWER_VDDACTRL.B.LINREG_OFFSET =

HW_POWER_LINREG_OFFSET_STEP_BELOW;

HW_POWER_VDDIOCTRL.B.LINREG_OFFSET =

HW_POWER_LINREG_OFFSET_STEP_BELOW;

//如果没在这个范围，将产生一个FIQ，可以参照 i.MX28 Datasheet 在不同频率时设置这个掉电

//电压。即设置电源的波动范围

/*关于VDDD VDDA VDDIO，这里引用数据手册的解释：

• VDDD—provides power to the digital components of the i.MX28 processor. The system clocks

use the VDDD power rail.

• VDDA—provides power specifically to the audio systems, headphone amp. The VDDA power rail

also provides power to regulate the VDDMEM rail.

• VDDIO—provides power to the I/O peripherals and also to the NAND Flash and external Secure

Digital/MultiMedia Cards (SD/MMC).

*/

PowerPrep_Setup5vDetect();

PowerPrep_SetupBattDetect();

//设置电源探测的初始化。

PowerPrep_ConfigurePowerSource();

//探测可用的电源：

//内部电池或者外部充电电源。

//如果探测到可用的电池，就将电池作为供电电源，否则用外部电池。

//但是电池需要开发板的支持，IMX28 EVK没自带电池。

//探测过程的PMU寄存器的设置繁琐的"令人发指"。但只要依据数据手册的设置就没问

//题了。

PowerPrep_EnableOutputRailProtection();

//开启了三路电源vddio vdda vddd的browout的中断，但是如果在插入SD卡时候，导//致板子重

//启，那是因为插入SD卡，VDDIO负载变大，导致出现电压变化。可以在

//PowerPrep_EnableOutputRailProtection()中禁止掉VDDIO的browout中断。

ddi_power_SetVddio(3300, 3150);

ddi_power_SetVddd(1350, 1200);

//设置VDDIO和VDDD的值和brownout level 。

HW_POWER_CTRL_CLR(

BM_POWER_CTRL_VDDD_BO_IRQ |

BM_POWER_CTRL_VDDA_BO_IRQ |

BM_POWER_CTRL_VDDIO_BO_IRQ |

BM_POWER_CTRL_VDD5V_DROOP_IRQ |

BM_POWER_CTRL_VBUSVALID_IRQ |

BM_POWER_CTRL_BATT_BO_IRQ |

BM_POWER_CTRL_DCDC4P2_BO_IRQ

);

//清除不必要中断。

if (!bBatteryReady)

HW_POWER_5VCTRL_SET(BM_POWER_5VCTRL_PWDN_5VBRNOUT);

//如果电池没输入，就自动关闭电池电压。注意只是关闭电池。如果外部电源有输入，

//系统启动没影响。

return iRtn;

发表于 2015-2-7 18:18

(2) boot_prep

依旧查看imx-bootlets-src/boot_prep 目录下的link.lds

　　OUTPUT_ARCH(arm)
　　ENTRY(_start)
　　SECTIONS
　　{
　　 . = 0x00000000;
　　 . = ALIGN(4);
　　 .text : { *(.text) }
　　 .data : { *(.data) }
　　 .bss : { *(.bss) }
　　}
link.lds和powe_prep下的link.lds一样，毫无压力，你们懂得。

代码到此将进入boot_prep的_start()

过程很简单，结果很完美。

1：设置RAM为DDR2模式

2：设置CPU CLK

3：设置DDR2 的频率为166MHZ

4：测试RAM

设置完全就是寄存器的配置。这里就不一一分析了，参照数据手册很好就明白了。

这里测试RAM的方法很简单，

volatile int *pTest = 0x40000000;

向0x40000000写入1000个数，在读出来，没有错误就说明RAM正常。

发表于 2015-2-7 18:18

(3) linux_prep

向kernel传递正确的参数，引导linux kernel。设置好标记列表后就要调用内核了。但调用内核前，CPU寄存器的设置必须满足下面的条件：

  Ø r0=0

  Ø r1=机器码

  Ø r2=内核参数标记列表在RAM中的起始地址

imx-bootlets-src/linux_prep/core/entry.S 承载着这一使命。

_start:

stmdbsp!, {r4-r12, lr}

/* Check entry counter */

ldrr4, entry_count

cmpr4, #0

bnestart_kernel

//如果从休眠启动内核，entry_count > 0跳到try_to_resume;

//否则entry_count = 0；直接start_kernel

bltry_to_resume

/* Update counter to show we were here */

addr4, r4, #1

strr4, entry_count

//增加entry_count，用以标示内核从什么状态启动。

/* Return to ROM */

ldmiasp!, {r4-r12, lr}

bxlr

//在来看看start_kernel 做了哪些工作呢？

start_kernel:

blclear_bss

//首选清除BBS段，如果不清除，以后程序会出现执行错误

/* Initialize HW modules relevant for linux_prep */

blhw_init

/* Setup tags for Linux kernel and save tags pointer in r2 */

blsetup_tags

movr2, r0

//R2里面保持了内核启动参数的地址, r0里面存储的是setup_tags()的返回值。

//即内核启动参数的地址

//setup_tags()函数式用C语言编写，设置启动内核的参数

/* Store machine id in r1 */

ldrr1, =MACHINE_ID

//R1保持了MX28_EVK的ID

//其实就是个数字 #define  MACHINE_ID2531

/* Zero r0 register */

movr0, #0

//当然要清除R0了，这个启动内核前的需求。

/* Jump to Linux kernel */

ldrlr, =KERNEL_BASE_ADDRESS

movpc, lr

//跳到内核代码处，将执行内核代码的自解压程序

//如果从休眠状态启动内核，就跳到 try_to_resume .

发表于 2015-2-7 18:19

设置启动内核的参数

u32 setup_tags (void)

{

enum magic_key magic_key;

magic_key = get_magic_key();

find_command_lines();

setup_start_tag();

setup_mem_tag();

setup_initrd_tag();

setup_cmdline_tag(cmdlines[magic_key]);

setup_end_tag();

return (u32)ATAGS_BASE_ADDRESS;

}

（1）setup_start_tag函数

static void setup_start_tag (bd_t *bd)

{

params = (struct tag*)ATAGS_BASE_ADDRESS; /* 内核的参数的开始地址 */

params->hdr.tag = ATAG_CORE;

params->hdr.size = tag_size(tag_core);

params->u.core.flags = 0;

params->u.core.pagesize = 0;

params->u.core.rootdev = 0;

params = tag_next(params);

}

标记列表必须以ATAG_CORE开始，setup_start_tag函数在内核的参数的开始地址设置了一个ATAG_CORE标记。

（2）setup_memory_tags函数

static void setup_memory_tags (bd_t *bd)

{

params->hdr.tag = ATAG_MEM;

params->hdr.size = tag_size(tag_mem32);

params->u.mem.start = SDRAM_BASE;

params->u.mem.size = get_sdram_size();

params = tag_next(params);

}

setup_memory_tags函数设置了一个ATAG_MEM标记，该标记包含内存起始地址，内存大小这两个参数。

(3)setup_initrd_tag函数

static void setup_initrd_tag(void)

{

params->hdr.tag = ATAG_INITRD2 ;

params->hdr.size = tag_size(tag_initrd);

params->u.initrd.start = 0x40400000;

params->u.initrd.size = 0x00400000;

params = tag_next(params);

}

设置了 ramdisk image 的起始物理地址和大小。

（4）setup_end_tag函数

static void setup_end_tag (bd_t *bd)

{

params->hdr.tag = ATAG_NONE;

params->hdr.size = 0;

}

标记列表必须以标记ATAG_NONE结束，setup_end_tag函数设置了一个ATAG_NONE标记，表示标记列表的结束。

ldrlr, =KERNEL_BASE_ADDRESS

movpc, lr

接下来，将KERNEL_BASE_ADDRESS 传递给PC指针，将代码控制权交给linux kernel。Boot-stream 精彩的生命到此结束了，留下了OS的各种膜拜和感激，让OS去走它自己的路吧。相信它会走的更好。

发表于 2015-2-7 18:19

四：IMX28-EVK编译bootlets.

直接启动linux 这种方法需要将生产的zImage镜像制成imx28_linux.sb镜像imx28_linux.sb镜像是对zImage镜像做了些加工，为zImage的运行准备环境。

在编译boot-stream前假定已经安装好了整个开发环境(ltib).如果没有安装，请参照宁一篇** 《Freescale Imx28 开发环境的搭建》

#mkdir boot-stream

#cd boot-stream

#sudo tar xvfz /opt/freescale/pkgs/imx-bootlets-src

# cp  ~/linux/arch/arm/boot/zImage  ./imx-bootlets-src/

#make CROSS_COMPILE=

/opt/freescale/usr/local/gcc-4.1.2-glibc-2.5-nptl-3/arm-none-linux-gnueabi/bin/arm-none-    linux-gnueabi-

BOARD=iMX28_EVK

注意，这里可能会出现如下错误

elftosb2 -z -c ./linux_prebuilt.db -o imx28_linux.sb

make: elftosb2: Command not found

可能是环境设置不对，在这里为了图方便，直接cp /opt/freescale/ltib/usr/bin/elftosb2

到 imx-bootlets-src下。当然你也可以用export 导出环境变量。

编译完成后将生成imx28-linux.sb。这个就是将要烧写的linux。

然后插入SD卡，利用ltib提供的mk_hdr.sh 烧写进SDCARD就行.

#cp  imx28-linnux.sb  ~/ltib/rootfs/boot

#cd  ~/ltib

#./mk_hdr.sh  /dev/sdx    //sdx插入的SDCARD，sdb. 在烧写前，需要先umount SD卡。

烧写完成将SDCARD插入到IMX28-EVK的socket 0 。按下power，启动linux。Enjoy it!!!

到这里boot-stream 的讲解也ALT+F4了，不过探索linux的路才刚刚起步。

[工具和软件] Freescale i.mx28 Boot-stream分析

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