基于qemu-riscv从0开始构建嵌入式linux系统ch9. U-Boot platform添加与内存分配重规划¶
物理内存规划¶
在上一节中，我们已经成运行了uboot，但是默认的配置并不那么适合我们的系统，如果是在真实的ic设计开发时，软件团队往往需要在早期就规划好系统内存的使用方案，包括各级boot且需要考虑固件升级等情况，因此这节我们也针对我们的内存空间做一重新规划调整。
如下图所示，最终规划如下，pflash存储所有的低阶固件文件和资源，由位于pflash最前段的lowlevelboot将其他的固件资源文件加载到ddr中，并启动opensbi执行内存域权限划分，进一步分别boot各个domain，DDR最高地址1M范围为opensbi的安全内存域，紧接着的7M范围为core7运行的安全domain区域。其他区域为linux内核运行区域。其中DDR BLANK3低地址为uboot的加载区域，执行uboot的bl0阶段，之后uboot会将自身reloc到DDR的BLANK032M地址处向下动态生长，在该区域进行bl1阶段，并从文件系统中加载内核和设树文件，内核预留地址为BLANK0最低地址，设备树地址BLANK0的32M区域，当内核真正启动初始化时，所有reloc地址和设备上所在位置内存均释放给回内核。详细内容可以参考下图：
制定好内存规划后，我们整理要加载的固件地址如下：
load opensbi_fw.bin
[0x20200000:0x20400000] --> [0xBFF80000:0xC0000000]
load qemu_sbi.dtb
[0x20080000:0x20100000] --> [0xBFF00000:0xBFF80000]
load trusted_fw.bin
[0x20400000:0x20800000] --> [0xBF800000:0xBFC00000]
load qemu_uboot.dtb
[0x20100000:0x20180000] --> [0xB0000000:0xB0080000]
load u-boot.bin
[0x20800000:0x20C00000] --> [0xB0200000:0xB0600000]
按照上述内容重新编写lowlevelboot代码，这次我们注意下一点细节，仅需要使用core0进行加载即可，其他smp core等待加载完毕直接跳转运行即可。
.macro loop,cunt
li t1, 0xffff
li t2, \cunt
1:
nop
addi t1, t1, -1
bne t1, x0, 1b
li t1, 0xffff
addi t2, t2, -1
bne t2, x0, 1b
.endm
.macro load_data,_src_start,_dst_start,_dst_end
bgeu \_dst_start, \_dst_end, 2f
1:
lw t0, (\_src_start)
sw t0, (\_dst_start)
addi \_src_start, \_src_start, 4
addi \_dst_start, \_dst_start, 4
bltu \_dst_start, \_dst_end, 1b
2:
.endm
.section .data
.globl _pen
.type _pen,%object
_pen:
.word 1
.section .text
.globl _start
.type _start,@function
_start:
csrr a0, mhartid
beq a0, zero, _no_wait
_loop:
loop 0x1000
la t0, _pen
lw t0, 0(t0)
beq t0, zero, _run
j _loop
_no_wait:
la t0, _pen
la t1, 1
sw t1, 0(t0)
//load opensbi_fw.bin
//[0x20200000:0x20400000] --> [0xBFF80000:0xC0000000]
li a0, 0x202
slli a0, a0, 20
li a1, 0xbff
slli a1, a1, 20
li a2, 0x800
slli a2, a2, 8
add a1, a1, a2
add a2, a1, a2
load_data a0,a1,a2
//load qemu_sbi.dtb
//[0x20080000:0x20100000] --> [0xBFF00000:0xBFF80000]
li a0, 0x2008
slli a0, a0, 16
li a1, 0xbff
slli a1, a1, 20
li a2, 0x800
slli a2, a2, 4
add a2, a1, a2
load_data a0,a1,a2
//load trusted_fw.bin
//[0x20400000:0x20800000] --> [0xBF800000:0xBFC00000]
li a0, 0x204
slli a0, a0, 20
li a1, 0xbf8
slli a1, a1, 20
li a2, 0xbfc
slli a2, a2, 20
load_data a0,a1,a2
//load qemu_uboot.dtb
//[0x20100000:0x20180000] --> [0xB0000000:0xB0080000]
li a0, 0x201
slli a0, a0, 20
li a1, 0xb00
slli a1, a1, 20
li a2, 0x800
slli a2, a2, 8
add a2, a1, a2
load_data a0,a1,a2
//load u-boot.bin
//[0x20800000:0x20C00000] --> [0xB0200000:0xB0600000]
li a0, 0x208
slli a0, a0, 20
li a1, 0xb02
slli a1, a1, 20
li a2, 0xb06
slli a2, a2, 20
load_data a0,a1,a2
_run:
csrr a0, mhartid
li a1, 0xbff
slli a1, a1, 20
li t0, 0x800
slli t0, t0, 8
add t0, a1, t0
la t1, _pen
sw zero, 0(t1)
jr t0
.end
最后不要忘记设备树里的boot地址和参数地址配置和trusted_domain的链接脚本地址修改。
添加platform到uboot¶
其他各个驱动代码中的地址已经确定完成，最后就是添加uboot的platform代码，实现上述内存划分。
首先创建目录u-boot-2021.07/board/emulation/qemu-quard-star，添加三个文件Kconfig、qemu-quard-star.c、Makefile，注意以下内容中get_effective_memsize是限制uboot的reloc生长top地址。
if TARGET_QEMU_QUARD_STAR
config SYS_BOARD
default "qemu-quard-star"
config SYS_VENDOR
default "emulation"
config SYS_CPU
default "generic"
config SYS_CONFIG_NAME
default "qemu-quard-star"
config SYS_TEXT_BASE
default 0xB0200000
config BOARD_SPECIFIC_OPTIONS # dummy
def_bool y
select GENERIC_RISCV
select CMD_QFW
select QFW_MMIO
imply AHCI
imply SMP
imply BOARD_LATE_INIT
imply CMD_POWEROFF
imply CMD_EXT2
imply CMD_EXT4
imply CMD_FAT
imply CMD_FS_GENERIC
imply DOS_PARTITION
imply ISO_PARTITION
imply EFI_PARTITION
imply SYS_NS16550
imply SIFIVE_SERIAL
imply SYSRESET
imply SYSRESET_CMD_POWEROFF
imply SYSRESET_SYSCON
imply VIRTIO_MMIO
imply VIRTIO_PCI
imply VIRTIO_NET
imply VIRTIO_BLK
endif
// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0+
#include <common.h>
#include <dm.h>
#include <env.h>
#include <fdtdec.h>
#include <image.h>
#include <log.h>
#include <init.h>
int board_init(void)
{
return 0;
}
int board_late_init(void)
{
return 0;
}
phys_size_t get_effective_memsize(void)
{
return 32*1024*1024;
}
# SPDX-License-Identifier: GPL-2.0+
obj-y += qemu-quard-star.o
添加以下内容到u-boot-2021.07/arch/riscv/Kconfig
config TARGET_QEMU_QUARD_STAR
bool "Support QEMU Quard-Star Board"
创建文件u-boot-2021.07/include/configs/qemu-quard-star.h
/* SPDX-License-Identifier: GPL-2.0+ */
#ifndef __CONFIG_H
#define __CONFIG_H
#include <linux/sizes.h>
#define CONFIG_SYS_SDRAM_BASE 0x80000000
#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_8M
#define CONFIG_SYS_BOOTM_LEN SZ_64M
#define CONFIG_STANDALONE_LOAD_ADDR 0x80200000
#define RISCV_MMODE_TIMERBASE 0x2000000
#define RISCV_MMODE_TIMER_FREQ 1000000
#define RISCV_SMODE_TIMER_FREQ 1000000
/* Environment options */
#ifndef CONFIG_SPL_BUILD
#define BOOT_TARGET_DEVICES(func) \
func(QEMU, qemu, na) \
func(VIRTIO, virtio, 0)
#include <config_distro_bootcmd.h>
#define BOOTENV_DEV_QEMU(devtypeu, devtypel, instance) \
"bootcmd_qemu=" \
"if env exists kernel_start; then " \
"bootm ${kernel_start} - ${fdtcontroladdr};" \
"fi;\0"
#define BOOTENV_DEV_NAME_QEMU(devtypeu, devtypel, instance) \
"qemu "
#define CONFIG_EXTRA_ENV_SETTINGS \
"fdt_high=0xffffffffffffffff\0" \
"initrd_high=0xffffffffffffffff\0" \
"kernel_addr_r=0x84000000\0" \
"fdt_addr_r=0x88000000\0" \
"scriptaddr=0x88100000\0" \
"pxefile_addr_r=0x88200000\0" \
"ramdisk_addr_r=0x88300000\0" \
BOOTENV
#endif
#endif /* __CONFIG_H */
创建文件u-boot-2021.07/configs/qemu-quard-star_defconfig
CONFIG_RISCV=y
CONFIG_NR_DRAM_BANKS=1
CONFIG_ENV_SIZE=0x20000
CONFIG_TARGET_QEMU_QUARD_STAR=y
CONFIG_ARCH_RV64I=y
CONFIG_RISCV_SMODE=y
CONFIG_DISTRO_DEFAULTS=y
CONFIG_FIT=y
CONFIG_DISPLAY_CPUINFO=y
CONFIG_DISPLAY_BOARDINFO=y
CONFIG_CMD_BOOTEFI_SELFTEST=y
CONFIG_CMD_NVEDIT_EFI=y
CONFIG_OF_PRIOR_STAGE=y
CONFIG_SYS_RELOC_GD_ENV_ADDR=y
CONFIG_DM_MTD=y
将上一节编译脚本uboot指定的配置修改为以下内容
make CROSS_COMPILE=/opt/riscv64--glibc--bleeding-edge-2020.08-1/bin/riscv64-linux- qemu-quard-star_defconfig
之后进行build.sh，就可以顺利运行查看效果，本节内容对内存进行了重新规划，不改变原本的功能，因此执行qemu后得到的输出应同上一节内容相同，但是使用的内存地址发生了变化。到这里本篇内容讲述完成。下一节我们将要给qemu再增加两个虚拟外设ip——virtio与fw_cfg，以便开展linux kernel的运行，我们现在距离内核越来越近了。
本教程的
github仓库：https://github.com/QQxiaoming/quard_star_tutorial
gitee仓库：https://gitee.com/QQxiaoming/quard_star_tutorial
本节所在tag：ch9（注意本节正文内容在ch9的tag下存在一些遗漏代码，在这个commit下进行了修复009acd128b707b075132c729b7bf098dd97865b0）。