CN102520993A

CN102520993A - 在特异硬件平台上移植通用引导装载程序的方法

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Publication number: CN102520993A
Application number: CN2011103999466A
Authority: CN
Inventors: 贺福华; 黄洪波; 罗小建; 张永杰; 汪澜
Original assignee: Shenzhen Gongjin Electronics Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Gongjin Electronics Co Ltd
Priority date: 2011-12-06
Filing date: 2011-12-06
Publication date: 2012-06-27

Abstract

在特异硬件平台上移植通用引导装载程序的方法，属于系统软件的处理技术，特别涉及到跨硬件平台的软件移植方法。该方法在美国博通公司的BCM5358U硬件平台上实现，包括以下步骤：A、将BCM5358U引导装载程序按通用引导程序的要求进行转换，设置文件读取的方式参数，将代码写入通用引导装载程序中的开始部分，B、将BCM5358U引导装载程序中的设备驱动程序按通用引导程序的要求进行转换，将转换后的代码写入通用引导装载程序的第二部分，C、准备内核启动参数，D、编译程序，生成目标文件，将目标文件写入BCM5358U的程序存储区。采用本发明，可以解决BCM芯片平台上运行通用引导装载程序的空白，基于通用引导装载程序引导的系统软件可以方便、快速地移植到BCM5358U平台上。

Description

在特异硬件平台上移植通用引导装载程序的方法

技术领域

本发明属于系统软件的处理技术，特别涉及到跨硬件平台的软件移植方法。

背景技术

任何处理器在开机运行时都需要一个引导加载程序，主要完成系统硬件的驱动加载、设置堆栈、调用操作系统内核并加载其他系统软件，典型的例子是大家熟悉的BIOS（基本输入输出系统）。

全球有线和无线通信半导体市场的先导者美国博通（Broadcom）公司推出的BCM5358U是新的Intensi-fi XLR无线局域网络（WLAN）VoIP路由器单芯片系统平台解决方案，该方案具有3G支持、业界领先的性能和最佳功耗等增强特性。因此，在3G USB调制解调器等设备开发时，该芯片是一个理想的选择。

CFE 是Common Firmware Environment即通用固件环境的缩写，它是由Broadcom Com公司专门针对自己生产的处理器开发的一款加载软件，它功能完备，对处理器进行硬件环境初始化，进行文件系统的更新以及加载内核维护等功能，包含了各种设备的驱动、文件系统、网络协议、内存管理等软件模块。目前博通芯片都采用CFE（通用固件环境，Common Firmware Environment），读取NVRAM（非易失性随机存取存储器，Non-Volatile Random Access Memory）中的配置文件进行引导，完成硬件初始化然后加载操作系统内核。CFE几乎只支持博通公司的原厂软件，这导致了从其它平台的软件可移植性降低；而且CFE和NVRAM配置组合也限制了在该硬件平台上的二次开发。由于NVRAM配置文件就是一个文本文件，没有进行压缩直接存入flash固定位置，会占用嵌入式系统更多的flash资源。

U-Boot，全称 Universal Boot Loader，是计算机系统加电后的引导程序，功能类似于Windows操作系统的BIOS。U-Boot支持包括嵌入式Linux系统在内的大多数嵌入式操作系统的引导，在硬件支持方面，U-Boot除了支持PowerPC系列的处理器外，还能支持MIPS、 x86、ARM、NIOS、XScale等诸多常用系列的处理器。这两个特点正是U-Boot项目的开发目标，即支持尽可能多的嵌入式操作系统和嵌入式处理器。由于上述优点，很多开发机构都将U-Boot作为设备的引导程序。

采用U-BOOT进行系统引导时，使用XML格式的文件进行软件配置，CFE和U-BOOT读取配置区的方式不一样，一般U-Boot是直接读取第二flash块的64K字节XML文件配置信息，而CFE读取配置信息是在FLASH最后的高地址最后一块区域。

由于以上限制，在现有模式下，依赖U-Boot加载的软件移植到博通公司的BCM5358U上非常困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种在BCM5358U运行U-Boot的方法，使通用引导装载程序可以在BCM5358U平台上运行，以便其它基于U-Boot引导的软件能够方便快速地移植到BCM5358U平台上。

本发明采用的技术方案是：在特异硬件平台上移植通用引导装载程序的方法，该方法在美国博通公司的BCM5358U硬件平台上实现，移植过程包括以下步骤：

A、将BCM5358U引导装载程序的第一部分的汇编代码和第二部分中对CPU初始化的汇编代码按通用引导程序的要求进行转换，保持原来的程序架构，设置文件读取方式的参数，将上述代码写入通用引导装载程序中的第一部分的开始位置，

B、将BCM5358U引导装载程序中的设备驱动程序按通用引导程序的要求进行转换，将转换后的代码写入通用引导装载程序的第二部分，

C、准备内核启动参数，

D、编译程序，生成目标文件，将目标文件写入BCM5358U的程序存储区。

上述步骤将BCM5358U的引导部分和CPU的初始化放到了U-Boot的第一部分中的汇编部分，将设备驱动程序按U-Boot的架构加入到U-Boot的第二部分。U-Boot的第一部分中的C语言程序保持不变，U-Boot的第一部分的C语言程序解压了U-Boot的第二部分，然后把CPU运行权交给U-Boot第二部分。U-Boot第二部分汇编部分是U-Boot本身的。

完成上述步骤后，当设备加电运行时，安装在BCM5358U中通用引导转载程序启动运行，完成对BCM5358U以及配套设备的初始化，完成基于BCM5358U的通用引导装载程序。

采用本发明，可以解决BCM芯片平台上运行通用引导装载程序的空白，在此基础上，基于通用引导装载程序引导的系统软件可以方便、快速地移植到BCM5358U平台上。

附图说明

下面结合附图对本发明进行详细说明。

图1为U-Boot启动流程图。

其中1为第一部分，2为第二部分。

具体实施方式

在特异硬件平台上移植通用引导装载程序的方法，该方法在美国博通公司的BCM5358U硬件平台上实现，移植过程包括以下步骤：

C、准备内核启动参数，

具体地，在步骤A中，设置文件读取的方式参数是将sdram_config的参数定义成宏形式。在步骤B中，转换的设备驱动程序包括串口驱动程序，SPI FLASH驱动程序和以太网驱动程序。

下面结合实例对本发明作进一步说明。

一般情况下，U-Boot分成两部分：第一部分为系统初始所需的最小集；另一部分为占较大空间的常用功能和驱动。第一部分只引导CPU、PLL初始化、SDRAM初始化、C语言部初始化等部分并解压第二部分。第二部分加载驱动程序，引导系统或者进入U-Boot命令模式。CFE也类似U-Boot分为两个部分。

步骤A中，必须保证CFE的第一部分的汇编部分和第二部分的汇编部分，以及U-Boot的第一部分运行；同时保证U-Boot的第一部分的编译环境和编译宏跟CFE的第一部分一致；保证初始化sdram_config参数与原BCM5358U参数一致，这个是U-Boot能否启动起来的关键。

为此，将CFE的第一部分的汇编部分移植到U-Boot的第一部分的最开始，将CFE的第二部分中对CPU初始化的汇编代码移植到U-Boot第一部分的汇编代码后面，移植过来的汇编部分的源码的架构保持原样不需要修改，这样才能满足系统无线驱动的需要。

为了在系统引导时读取XML格式的文件，需要设置涉及到NVRAM的值。

将sdram_config的参数定义成宏形式，保证在其初始化时该值与原BCM5358U的参数一致，见下面修改sdram_config的方法：

在U-Boot的头文件目录include/configs/下是U-Boot中各个芯片的参数配置文件，每个芯片一般都有一个对应的头文件，在对应BCM5358U的文件include/configs/bcm5358u.h中加入宏：

#define NVRAM_SDRAM_CONFIG 0x203

将NVRAM_SDRAM_CONFIG定义成0x203说明：这个值直接从原版本的NVRAM文件提出即可，博通的不同的硬件都有对应唯一的一个NVRAM文件，也就是说这个要从博通公司对应提供的硬件平台带的NVRAM文件得来。同时修改bootstart/CPU/bcm5358u/aisdram.S文件中从512开始的两行。

把下列两行：

lw s0,12(t4) # Pick up sdram_config & sdram_refresh

lw s8,16(t4) # Pick up sdram_ncdl

修改成：

li s0,NVRAM_SDRAM_CONFIG # Pick up sdram_config & sdram_refresh

li s8,0x0 # Pick up sdram_ncdl

经过上述修改，U-Boot启动时按照sdram_config参数的定义，就可以读取xml文件。

需要注意的是已经移植到U-Boot的第一部分汇编代码的有个为NVRAM备份的4K地址填充的代码需要注释掉，这样可以节省flash空间。

在步骤B中，要保证底层的代码，如flash驱动，以太网驱动的逻辑关系在满足U-Boot的要求的同时必须与原版本的BCM5358U的CFE一致。为此，移植下列设备驱动程序：串口驱动程序、SPI FLASH驱动程序和以太网驱动程序。

a. 串口驱动程序：移植NS16550芯片驱动。

根据U-Boot串口驱动的要求，移植CFE的NS16550驱动代码，再进行下面的函数转换和实现。

int serial_init (void) ：芯片初始化，设置比特率，数据位，

校验和，数据流。

int serial_tstc(void) ：数据读取状态。

int serial_getc(void) ：读取一个8位的数据。

void serial_putc(const char c) ：向串口输出一个字符。

void serial_puts(const char *s)：向串口输出一个字符串。

以上函数的实现是直接移植CFE的dev_ns16550.c。但是串口寄存器位置需要根据BCM5358U芯片NS16550的寄存器位置来确定：

#define CFG_NS16550_COM1 (0xb8000000+0x300)

/* UART0: 0x300-0x307 */

b. SPI FLASH驱动移植：

由于spi flash驱动跟芯片相关，一般没有通用的spi flash驱动，因此只有移植CFE的整个底层部分的sflash.c和sflash.h。

U-Boot的Flash驱动包含以下六个接口：

flash_init() ：实现Flash驱动初始化，包括Flash探测等动作。

flash_read_buf() ：实现Flash读操作，将指定地址和长度的数据读到内存中。

flash_write() ：实现Flash写操作，将内存中的数据写到Flash中。

flash_erase() ：实现Flash擦除操作，擦除Flash指定的扇区。

flash_print_info() ：用于查看Flash信息。

addr2info() ：实现从地址到扇区的转换。

将BCM5358_SPI_PAGE_SIZE宏由256改为BLOCK_SIZE。

实现flash_erase()函数的时候需要把块转换成offset。

c.以太网驱动移植：

BCM5358U以太网驱动是由BCM5481和BCM5325E组成，以太网数据一般是dma进行读写，移植包括三个部分gmac（Gigabit Media Access Control，千兆以太网控制器）、robo（交换机控制芯片）、dma（Direct Memory Access ，直接内存存取），需要从CFE移植三个文件：etcgmac.c、hnddma.c、bcmrobo.c分别对应的gamc、switch、DMA三个模块。

在eth.c中int eth_initialize(bd_t *bis)函数中增加：

#if defined(CONFIG_BCM5358U)

bcm_eth_gmac_init(bis);

#endif

U-Boot需要添加网络接口函数如下：

int bcm_eth_gmac_init(bd_t *bis)

{

struct eth_device *dev;

debug ("Register eth_gmac driver.\n");

dev = (struct eth_device *)malloc(sizeof(struct eth_device)); //分配网络驱动内存

if(dev == NULL) {

printf("Allocate memory for eth device fail.\n");

return NULL;

}

dev->init = eth_gmac_start; //填充init启动函数，芯片状态启动，协议层MAC设定

dev->halt = eth_gmac_stop; //网络停止使用会调用，一般不用实现具体代码

dev->send = eth_gmac_send; //数据包发送函数

dev->recv = eth_gmac_recv; //数据包接收函数

dev->priv = &eth_gmac_priv_data0; //私有数据指针保存

eth_gmac_init(dev, bis); //进行芯片最原始的初始化

eth_register(dev); //向协议层注册dev设备

return 0;

}

在这里需要注意以太网的gamc寄存器、dma寄存器、switch寄存器和CFE的对应模块的寄存器保持一致。

dma接收的数据对应的内存地址是在dma_ringalloc()函数分配的，这地址要求是4K对齐，而且保证这4K地址没有任何的代码会占用或者读写，这是高速缓冲区，由于U-Boot内存管理较弱，不能满足该块的分配，直接用宏定义实现：

#define DMA_SDRAM_ADDR 0xa0001000，

这个地址能保BCM5358U平台使用。

gmac初始化的chipreset()函数需要调用两次，一个是在gmac芯片chipattach()初始化，第二次初始化是在协议层调用eth_gmac_start()的时候进行初始化进行调用。

协议层数据传输的时候需要关注的函数：

static int eth_gmac_recv()

当接收到数据的时候，类似linux的网卡向协议栈传输数据，将接收的buffer指针和实际的数据长度作为参数调用NetReceive(buffer,len)后再返回接收成功的标志。

Nvram参数说明：

boardflags=0x710

这个参数主要控制“Broadcom Robo ethernet switch”驱动的初始化，同时控制siwtch去掉是否进行vlan的设置。

在步骤C中，准备内核启动参数，确定内核在flash里的具体位置，本例中需要在配置文件bcm5358u.h准备内核启动参数(cmdline)：

#define CONFIG_BOOTARGS "console=ttyS0,115200 root=31:2 mtdparts=sflash:"

#define CONFIG_CMDLINE_TAG 1

参数说明：CONFIG_BOOTARGS 其它的选项不需要修改，但mtdparts需要根据kernel加载的flash模块名称进行修改，5358U AP软件启动的是sflash模块名称，冒号后面的不需要增加，只要定义CONFIG_CMDLINE_TAG宏，就会自动根据配置文件自动去补齐启动命令。

在步骤D中，首先设置编译选项，在这里，第一部分和第二部分都有config.mk，直接添加即可。需要注意的是直接使用以前的U-Boot.lds文件。设置完编译选项后，编译程序生成目标文件，将将目标文件写入BCM5358U的程序存储区。

当设备启动时，安装在BCM5358U中通用引导转载程序启动，如图1所示：在第一部分1，运行移植过来的CFE的第一部分的汇编部分和CFE的第二部分中对CPU初始化的汇编代码，完成对BCM5358U的初始化，然后运行bootloader，完成对读取文件的设置。运行C部分，将第二部分2解压到内存运行，初始化移植过来的设备驱动程序，完成基于BCM5358U的通用引导装载程序，然后根据用户选择进入下一步。

Claims

1.在特异硬件平台上移植通用引导装载程序的方法，该方法在美国博通公司的BCM5358U硬件平台上实现，其特征在于包括以下步骤：

C、准备内核启动参数，

2.根据权利要求1所述的在特异硬件平台上移植通用引导装载程序的方法，其特征在于：在步骤A中，设置文件读取的方式参数是将sdram_config的参数定义成宏形式。

3.根据权利要求1所述的在特异硬件平台上移植通用引导装载程序的方法，其特征在于：在步骤B中，转换的设备驱动程序包括串口驱动程序，SPI FLASH驱动程序和以太网驱动程序。