CN104035757A - 基于MIPS处理器的u-boot移植的实现方法 - Google Patents

Abstract

一种基于MIPS处理器的u-boot移植的实现方法，包括对MIPS处理器的片级移植、基于MIPS处理器的板级移植以及功能扩展，所述功能扩展包括实现LOGO显示、u-boot菜单和u-boot菜单加密，所述LOGO显示在board.c文件中采用函数version_string[]实现，所述u-boot菜单包括主菜单和二级菜单，在u-boot/common目录下的main.c文件中实现，菜单的框架用switch语句构建，所述u-boot菜单加密在u-boot/common目下的main.c文件中用函数main_loop()和函数readline()实现。本实现方法能够大大提高用户的开发效率。

Description

基于MIPS处理器的u-boot移植的实现方法

技术领域

本发明涉及嵌入式系统开发中引导加载程序的移植方法，更具体地说，涉及一种基于MIPS处理器的u-boot移植的实现方法。

背景技术

Boot Loader 称为引导加载程序，就是在嵌入式系统内核运行之前的第一段小程序。通过这段代码，为操作系统提供基本的运行环境。如，初始化硬件设备、存储器系统，监测内存的可用性，建立内存空间的映射图，将系统的软硬件环境带到一个合适的状态，为引导和加载操作系统做好准备。

Boot Loader是严重地依赖于硬件而实现的，在嵌入式系统中建立一个通用的 Boot Loader几乎是不可能的。每种不同的CPU体系结构都有不同的Boot Loader，其代码与CPU芯片的内核结构、具体芯片和使用的操作系统等因素相关，对于两块不同的嵌入式板而言，即使它们的CPU相同，要想让同一种Boot Loader在两块板子上都能够运行，通常需要修改Boot Loader的源程序。

u-boot相对于其他的引导程序而言，是一种功能强大的、开源的、嵌入式系统启动软件程序，具有良好的开放性和较强的可移植性。除此之外，u-boot扩展了功能模块，可以适用于多种不同系统的板级，提高了用户开发和调试的效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于MIPS处理器的u-boot移植的实现方法，以提高用户的开发效率。

本发明基于MIPS处理器的u-boot移植的实现方法，包括对MIPS处理器的片级移植、基于MIPS处理器的板级移植以及功能扩展，其中，所述功能扩展包括实现LOGO显示、u-boot菜单和u-boot菜单加密，所述LOGO显示在board.c文件中采用函数version_string[]实现，所述u-boot菜单包括主菜单和二级菜单，在u-boot/common目录下的main.c文件中实现，菜单的框架用switch语句构建，所述u-boot菜单加密在u-boot/common目下的main.c文件中用函数main_loop()和函数readline()实现。

在上述基于MIPS处理器的u-boot移植的实现方法中，优选地，所述u-boot菜单的主菜单包括：

下载u-boot功能，该功能通过函数ExecuteCmd("tftp 0x80060000 u-boot.bin")、ExecuteCmd("erase 9f000000 +30000")和ExecuteCmd("cp.b 0x80060000 9f000000 30000") 实现；

下载内核镜像文件功能，该功能通过函数ExecuteCmd("tftp 0x80060000 vmlinux.gz.uimage")、ExecuteCmd("erase 9fa80000 +160000")和ExecuteCmd("cp.b 0x80060000 9fa80000 160000")实现；

下载文件系统功能，该功能通过函数ExecuteCmd("tftp 0x80060000 jffs2")、ExecuteCmd("erase 9f050000 +a30000")和ExecuteCmd("cp.b 0x80060000 9f050000 a30000")实现；

引导系统功能，该功能通过函数strcpy(cmd_buf, "bootm 0x9fa80000")和ExecuteCmd(cmd_buf)实现；

设置u-boot传递参数功能，通过所述二级菜单实现；以及

重启u-boot功能，该功能通过函数strcpy(cmd_buf, "reset")和run_command(cmd_buf, 0)实现。

在上述基于MIPS处理器的u-boot移植的实现方法中，优选地，所述u-boot菜单的二级菜单包括：

查看传递参数功能，该功能通过函数strcpy(cmd_buf, "printenv")和ExecuteCmd(cmd_buf)实现；

设置和/或删除参数功能，该功能通过函数sprintf(cmd_buf, "setenv")、ExecuteCmd(cmd_buf)、readline()和ExecuteCmd()实现；以及

将传递参数写入flash功能，该功能通过函数sprintf(cmd_buf, "saveenv")和ExecuteCmd(cmd_buf)实现。

在上述基于MIPS处理器的u-boot移植的实现方法中，优选地，所述对MIPS处理器的片级移植在cpu/mips/Start.S文件中完成，包括用于实现以下功能的代码：协处理器CPO的通用寄存器清零、watch寄存器清零、通过CPO的status寄存器将MIPS处理器的特权等级初始化到核心态下、cause寄存器清零、CPO_COUNT和CPO_COMPARE两个CPU寄存器清零、通过lowlevel_init函数对SDRAM进行初始化、关闭cache、打开cache、通过mips_cache_lock设置临时堆栈以及通过board_init_f函数规划内存布局。

在上述基于MIPS处理器的u-boot移植的实现方法中，优选地，所述基于MIPS处理器的板级移植包括：

nor flash读写驱动移植，在flash.c文件中完成，包括对flash的寄存器地址的改动；

串口设备驱动移植，在xxx_serial.c文件中完成，包括波特率的设置；以及

网卡驱动移植，包括：在db12x.c文件的wasp_gpio_config()函数中对通道chain0和通道chain1的低噪声放大器的控制管脚进行配置，根据CPU芯片手册在头文件xxx_soc.h中对管脚的参数进行具体的配置，配置phy芯片的调试端口选择phy芯片工作在10M/100M/1000M的模式下，配置address寄存器，在athrsf1_phy.c文件中调试phy芯片的端口号，配置WAN口和LAN口。

本发明提供的实现方法，可以将开源的u-boot方便的移植到基于MIPS处理器的板级系统中成功的启动加载操作系统，方便地实现LOGO显示、u-boot操作以及权限管理，能够大大提高用户的开发效率。

附图说明

图1为Boot Loader启动加载流程图；

图2为本发明一实施例实现的u-boot主菜单功能图；

图3为本发明一实施例实现的u-boot二级菜单功能图；

图4为本发明一实施例实现的u-boot进入命令行时加密的流程图。

具体实施方式

下面对本发明做进一步的说明。

图1示出了Boot Loader启动加载流程。如图1所示，u-boot的启动加载过程分为两个阶段：阶段1主要用汇编语言对CPU以及存储设备等密切相关的部件，进行一些必要的初始化工作，是一些依赖于CPU体系结构的代码，这部分代码在flash中执行。阶段2用C语言实现对板级的一些驱动支持，这部分代码会被拷贝到RAM中执行。两个阶段都已经启动加载完成后，会进入判断等候阶段，当有键盘输入时，进入u-boot命令行，即进入下载模式，否则，直接引导内核启动。

本发明基于MIPS处理器的u-boot移植的实现方法包括对MIPS处理器的片级移植、基于MIPS处理器的板级移植以及功能扩展，其中，功能扩展包括实现LOGO显示、u-boot菜单和u-boot菜单加密。

对MIPS处理器的片级移植，使得在u-boot启动加载的阶段1对CPU通用寄存器、CPO协处理器、watchdog和cache初始化。这部分初始化代码在cpu/mips/Start.S文件中完成，MIPS处理器对系统的控制是通过协处理器CP0控制，需要对CP0的通用寄存器清零；为了便于观察数据点，需要把watch寄存器清零；在移植u-boot时，通过CP0的status寄存器将MIPS处理器的特权等级初始化到核心态下；将cause寄存器清零，可以反馈自陷类型并能指出活动的外部中断信号；将CP0_COUNT和CP0_COMPARE两个CPU寄存器清零，可以组成一个高分辨率的定时器；关闭cache，保证镜像能够真实的写回SDRAM中；通过lowlevel_init函数对SDRAM进行初始化，为阶段2提供环境；为了使u-boot的启动加载速度加快，需要通过mips_cache_reset将cache打开，通过cache将u-boot代码搬到内存中运行；由于内存没有完全初始化，为了给阶段2提供一个C环境运行，所以需要通过mips_cache_lock设置临时堆栈；阶段2 u-boot通过board_init_f函数，规划内存布局，即u-boot将要拷贝到内存的位置，一些全局量的布局及堆栈指针的位置，然后再将u-boot从flash拷贝到RAM中，并设置正式的堆栈指针，最后跳转到内存中通过board_init_r函数初始化各种功能。

在一实施例中u-boot是基于AR9344的CPU处理器，flash大小为16M，网卡为AR8035的板子移植的。在board目录下创建cpu命名的ar9344目录以及子目录xxxx（板级型号），并将与AR9344 CPU体系结构相同的AR7240目录下的文件都复制到该xxxx目录下；在cpu/mips下创建ar9344目录，并将cpu/mips/ar7240目录的文件全部复制到此目录下，然后根据具体的硬件进行修改移植。

通过make xxxx_config命令配置开发板，编译通过后将得到u-boot镜像文件，然后修改复制过来的文件内容以满足具体开发板的要求。

在config.mk文件中，将TEXT_BASE的值设置成0xbf000000，即flash的首地址。进入include/configs/xxxx.h对开发板进行定义，设置启动参数，设置flash的大小为16M、扇区个数为256，以及每个扇区的大小为64K。

u-boot的环境变量信息包括：引导内核的地址，内核的分区信息，波特率，主机IP地址，MAC地址等，需要单独划分一块空间来存放，在本实施例中给环境变量分配了64K空间大小，即一个扇区。而存放u-boot的空间大小定义了256K的空间，即4个扇区。

开发板的外部设备需要一定的时钟频率才能工作，所以根据AR9344的特性，其主频为560MHZ，但外部设备所使用的时钟又各不相同，本实施例中将时钟频率配置成560 MHZ，480 MHZ,240MHZ。

基于MIPS处理器的板级移植包括nor flash读写驱动移植、串口设备驱动移植以及网卡驱动移植。

在本实施例中，board/ar9344/xxxx/flash.c 对应Nor Flash读写驱动,这个文件里需要改动flash的寄存器地址。Flash的修改不仅和容量有关，还和具体型号有关，在移植时需要根据不同型号的存储器作相应的修改。由于本实施例使用串行SPI FLASH，所以只需要根据CPU芯片手册修改SPI相关寄存器的地址，这样u-boot就支持了对flash的读写功能。

cpu\mips\ar9344目录下的ar9344_serial.c文件是串口设备驱动程序。包括波特率的设置，串口初始化，向串口输出字符，从串口接受字符等子程序。串口的波特率与时钟有很大关系，本实施例中串口波特率是115200 Bit/s。

本实施例中网卡phy芯片使用的是AR8035，对网卡驱动的移植是对athrsf1_phy.c文件做的修改，以满足开发板的通信要求。首先需要在ar9344/db12x.c文件的wasp_gpio_config()函数中对通道chain0、通道chain1的低噪声放大器（LNA）的控制管脚进行配置，控制的GPIO管脚为AR9344_GPIO_OUT_FUNCTTION4，然后根据CPU芯片手册在ar9344_soc.h头文件中对管脚的参数进行具体的配置。

然后需要配置phy芯片的调试端口，来选择phy芯片工作在10M/100M/1000M的模式下。根据芯片手册debug_port_data在使用之前必须配置address寄存器，这里我们使用的debug register 5，它是控制RGMII tx-clock的寄存器，ATHR_DEBUG_PORT_ADDRESS寄存器的地址为0x5，ATHR_DEBUG_PORT_DATA寄存器的地址为0x147。在athrsf1_phy.c文件中调试phy芯片的端口号，如果端口号不正确的话，CPU与phy芯片是无法进行通信的。在进行数据通信时，首先必须经过一个WAN口，然后再经过一个LAN口才能将进行数据交互。Ar9344有一个WAN口，5个LAN口（PHY0-PHY4），而5个LAN口只有phy4（port5）才支持与WAN口之间的通信，所以在配置时需按照芯片手册进行合理的配置，AR9344的GMAC0接WAN口，GMAC1接LAN口。

上述已经完成了对MIPS处理器的片级移植以及基于MIPS处理器的板级移植。此时的u-boot已经支持串口通信、flash读写以及tftp下载功能。下面说明扩展功能的实现方法。

通过在u-boot\lib_mips的board.c文件中的version_string[]函数中添加LOGO的标志来实现u-boot启动时显示LOGO的功能。

本实施例实现了u-boot主菜单和二级菜单，分别如图2和图3所示。由图2可以看出将下载u-boot、内核以及文件系统的命令（tftp、erase、cp）集成在菜单的选项中，当用户使用时只需要选择相应的菜单就可以完成相应的功能操作。

本发明中u-boot菜单功能具体是在u-boot/common目录下的main.c文件中进行代码的实现，利用switch语句构建了u-boot的菜单的框架，包括u-boot功能的主菜单以及二级菜单。

如图2所示，主菜单“AR9344 BootLoader Mainmenu”包括：下载u-boot功能，[u]Download u-boot；下载文件系统功能，[j] Download JFFS2 image；下载内核镜像文件功能，[k] Download Linux kernel；设置u-boot传递参数功能，[s] Set the boot parameters；重启u-boot功能，[r] Reboot u-boot；退出菜单功能，[q] Quit from menu。二级菜单“Parameter Menu”包括：查看传递参数功能，[v] View the parameters；设置传递参数功能，[s] Set parameter；删除参数功能，[d] Delete parameter；将传递参数写入flash功能，[w] Write the parameters to flash memeory；返回到主菜单功能，[q] Quit。

下面详细说明u-boot主菜单中各功能的实现方法及原理。

下载u-boot功能的实现：在将已有的u-boot替换成另一版本的u-boot，当用户利用键盘输入字符“u”时，首先执行ExecuteCmd("tftp 0x80060000 u-boot.bin")函数，此函数会调用u-boot的tftp下载功能，将u-boot的文件下载到内存中，接着执行ExecuteCmd("erase 9f000000 +30000")函数，此函数会调用u-boot的擦除功能，在flash中擦除所下载u-boot的大小空间，然后执行ExecuteCmd("cp.b 0x80060000 9f000000 30000")函数，此函数会调用u-boot的写flash功能，将下载到内存的u-boot文件复制到flash中,这样就实现了主菜单中的下载u-boot功能。

下载内核kernel功能的实现：当用户利用键盘输入字符“k”时，首先执行ExecuteCmd("tftp 0x80060000 vmlinux.gz.uimage")函数，此函数会调用u-boot的tftp下载功能，将kernel的文件下载到内存中，接着执行ExecuteCmd("erase 9fa80000 +160000")函数，此函数会调用u-boot的擦除功能，在flash中擦除所下载u-boot的大小空间，然后执行ExecuteCmd("cp.b 0x80060000 9fa80000 160000")函数，此函数会调用u-boot的写flash功能，将下载到内存的kernel文件复制到flash中,这样就实现了主菜单中的下载kernel功能。

下载文件系统jffs2功能的实现：当用户利用键盘输入字符“j”时，首先执行ExecuteCmd("tftp 0x80060000 jffs2")函数，此函数会调用u-boot的tftp下载功能，将jffs2的文件下载到内存中，接着执行ExecuteCmd("erase 9f05000 +a30000")函数，此函数会调用u-boot的擦除功能，在flash中擦除所下载u-boot的大小空间，然后执行ExecuteCmd("cp.b 0x80060000 9f050000 a30000")函数，此函数会调用u-boot的写flash功能，将下载到内存的jffs2文件复制到flash中, 这样就实现了主菜单中的下载文件系统的功能。

引导系统功能的实现：当用户通过键盘输入字符“b”时，会执行strcpy(cmd_buf, " bootm 0x9fa80000")函数，将命令“bootm”复制到分配的数组内存中，然后通过ExecuteCmd(cmd_buf)函数执行bootm命令，实现u-boot引导存放在flash中的内核的功能。

重启u-boot功能的实现：当用户通过键盘输入字符“r”时，会执行strcpy(cmd_buf, "reset")函数，将命令“reset”复制到分配的数组内存中，然后通过run_command(cmd_buf, 0)函数，执行cmd_buf中的reset命令将u-boot重启，实现u-boot的复位重启功能。

当用户通过键盘输入字符“s”时，会从主菜单跳转到二级菜单进行相应的操作，用户可根据二级菜单的选项进行配置。参照图3，二级菜单的功能及实现方法如下：

查看传递参数功能的实现：当用户通过键盘输入字符“v”时，会执行strcpy(cmd_buf, "printenv")函数，将命令“printenv”复制到分配的数组内存中，然后通过ExecuteCmd(cmd_buf)函数执行printenv命令，实现查看u-boot环境变量的功能。

设置和删除传递参数功能的实现：当用户通过键盘输入字符“s”或字符“d”时，会执行sprintf(cmd_buf, " setenv")函数，将命令“setenv”显示在命令行中，通过ExecuteCmd(cmd_buf)函数执行setenv命令，在setenv命令后输入所需要更改的环境变量的参数，再调用readline()函数读取到在串口出入的信息并保存在串口的缓存buffer中，然后将保存在缓存buffer中的命令信息存放在分配的数组内存cmd_buf中，最后通过ExecuteCmd()函数完成添加，删除、更改环境变量参数的功能。

设置完环境变量后，还需要保存才能在u-boot中生效。所以当用户设置完环境变量后，需要将传递参数写入flash，该功能通过函数sprintf(cmd_buf, " saveenv")和ExecuteCmd(cmd_buf)实现。具体地，当从键盘输入字符“w”时，会执行sprintf(cmd_buf, " saveenv")函数，将命令“saveenv”显示在命令行中，通过ExecuteCmd(cmd_buf)函数执行saveenv命令将设置完成的环境变量保存在flash中。

当用户通过键盘输入字符“q”时，u-boot的二级菜单会返回到主菜单的目录下。

本实施例中还实现了u-boot菜单的加密，即需要输入正确的密码才能够进入到u-boot的命令行中进行相关操作。参照图4，具体功能为：u-boot在启动时会进入到一个延迟4s时间阶段，在这个时间范围内如果没有任何的键盘输入，那么u-boot会直接引导存放在flash中的内核镜像文件，加载系统。如果在4s时间内有任何键盘输入，则会出现“please enter password：”的字符提示，这时需要输入正确的密码才能进入本实施例中所述的u-boot的菜单进行相关操作，如果输入密码错误，u-boot会一直提示用户输入密码，直至正确为止，否则只有在硬件复位才能使u-boot自动引导内核，加载文件系统，本实施例u-boot菜单加密功能的实现，提高了系统的安全性，保证了用户开发板不能够随意更改、替换。

u-boot菜单的加密功能具体在u-boot/common目下的main.c文件中用main_loop()函数实现，并利用u-boot自带的函数readline（）获取终端输入的字符，在读取到终端的所输入的字符后，敲回车后与设置的字符进行比较，实现密码验证。

以上公开的仅为本发明的具体实施例，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1. 基于MIPS处理器的u-boot移植的实现方法，包括对MIPS处理器的片级移植、基于MIPS处理器的板级移植以及功能扩展，其特征在于：所述功能扩展包括实现LOGO显示、u-boot菜单和u-boot菜单加密，所述LOGO显示在board.c文件中采用函数version_string[]实现，所述u-boot菜单包括主菜单和二级菜单，在u-boot/common目录下的main.c文件中实现，菜单的框架用switch语句构建，所述u-boot菜单加密在u-boot/common目下的main.c文件中用函数main_loop()和函数readline()实现。

2.根据权利要求1所述的基于MIPS处理器的u-boot移植的实现方法，其特征在于，所述u-boot菜单的主菜单包括：

下载u-boot功能，该功能通过函数ExecuteCmd("tftp 0x80060000 u-boot.bin")、ExecuteCmd("erase 9f000000 +30000")和ExecuteCmd("cp.b 0x80060000 9f000000 30000") 实现；

下载内核镜像文件功能，该功能通过函数ExecuteCmd("tftp 0x80060000 vmlinux.gz.uimage")、ExecuteCmd("erase 9fa80000 +160000")和ExecuteCmd("cp.b 0x80060000 9fa80000 160000")实现；

下载文件系统功能，该功能通过函数ExecuteCmd("tftp 0x80060000 jffs2")、ExecuteCmd("erase 9f050000 +a30000")和ExecuteCmd("cp.b 0x80060000 9f050000 a30000")实现；

引导系统功能，该功能通过函数strcpy(cmd_buf, "bootm 0x9fa80000")和ExecuteCmd(cmd_buf)实现；

设置u-boot传递参数功能，通过所述二级菜单实现；以及

重启u-boot功能，该功能通过函数strcpy(cmd_buf, "reset")和run_command(cmd_buf, 0)实现。

3.根据权利要求1所述的基于MIPS处理器的u-boot移植的实现方法，其特征在于，所述u-boot菜单的二级菜单包括：

查看传递参数功能，该功能通过函数strcpy(cmd_buf, "printenv")和ExecuteCmd(cmd_buf)实现；

设置和/或删除参数功能，该功能通过函数sprintf(cmd_buf, "setenv")、ExecuteCmd(cmd_buf)、readline()和ExecuteCmd()实现；以及

将传递参数写入flash功能，该功能通过函数sprintf(cmd_buf, "saveenv")和ExecuteCmd(cmd_buf)实现。

4.根据权利要求1所述的基于MIPS处理器的u-boot移植的实现方法，其特征在于，所述对MIPS处理器的片级移植在cpu/mips/Start.S文件中完成，包括用于实现以下功能的代码：协处理器CPO的通用寄存器清零、watch寄存器清零、通过CPO的status寄存器将MIPS处理器的特权等级初始化到核心态下、cause寄存器清零、CPO_COUNT和CPO_COMPARE两个CPU寄存器清零、通过lowlevel_init函数对SDRAM进行初始化、关闭cache、打开cache、通过mips_cache_lock设置临时堆栈以及通过board_init_f函数规划内存布局。

5.根据权利要求1所述的基于MIPS处理器的u-boot移植的实现方法，其特征在于，所述基于MIPS处理器的板级移植包括：

nor flash读写驱动移植，在flash.c文件中完成，包括对flash的寄存器地址的改动；

串口设备驱动移植，在xxx_serial.c文件中完成，包括波特率的设置；以及

网卡驱动移植，包括：在db12x.c文件的wasp_gpio_config()函数中对通道chain0和通道chain1的低噪声放大器的控制管脚进行配置，根据CPU芯片手册在头文件xxx_soc.h中对管脚的参数进行具体的配置，配置phy芯片的调试端口选择phy芯片工作在10M/100M/1000M的模式下，配置address寄存器，在athrsf1_phy.c文件中调试phy芯片的端口号，配置WAN口和LAN口。