深度探索uboot

概要        

        Uboot 是操作系统启动前的运行的一段引导程序，他主要负责初始化部分硬件，包括时钟、内存等等，加载内核、文件系统、设备树等到内存上，启动操作系统。当然uboot作用远不止这些，比如由于uboot是裸机单任务运行，我们也可以在这里面对硬件进行初步的测试、升级系统等等。

        嵌入式开发中我们多多少少会涉及到uboot，所以还是有必要对这块做一些功课。我也是最近移植系统，遇到一些麻烦，对uboot做了一些研究，把他记录下来。本篇主要基于rockchip px30平台的uboot。

Rk平台固件概述

固件分区排列

        在开放源代码支持中，Rockchip使用 GPT作为其主要分区表。我们将GPT存储在LBA0〜LBA63中。下图为rk的存储图：

        

Partition	Start Sector		Number of Sectors		Partition Size		PartNum in GPT	Requirements
MBR	0	00000000	1	00000001	512	0.5KB
Primary GPT	1	00000001	63	0000003F	32256	31.5KB
loader1	64	00000040	7104	00001bc0	4096000	2.5MB	1	preloader (miniloader or U-Boot SPL)
Vendor Storage	7168	00001c00	512	00000200	262144	256KB		SN, MAC and etc.
Reserved Space	7680	00001e00	384	00000180	196608	192KB		Not used
reserved1	8064	00001f80	128	00000080	65536	64KB		legacy DRM key
U-Boot ENV	8128	00001fc0	64	00000040	32768	32KB
reserved2	8192	00002000	8192	00002000	4194304	4MB		legacy parameter
loader2	16384	00004000	8192	00002000	4194304	4MB	2	U-Boot or UEFI
trust	24576	00006000	8192	00002000	4194304	4MB	3	trusted-os like ATF, OP-TEE
boot（bootable must be set）	32768	00008000	229376	00038000	117440512	112MB	4	kernel, dtb, extlinux.conf, ramdisk
rootfs	262144	00040000	-	-	-	-MB	5	Linux system
Secondary GPT	16777183	00FFFFDF	33	00000021	16896	16.5KB

如果preloader是miniloader，则loader2分区可用于uboot.img，trust分区可用于trust.img; 如果preloader是不带trust支持的SPL，则loader2分区可用于u-boot.bin，而trust分区不可用；如果preloader是具有trust支持的SPL（ATF或OPTEE），则loader2可用于u-boot.itb（包括u-boot.bin和trust二进制文件），而trust分区不可用。

写入分区表方法

• 通过rkdeveloptool编写GPT分区表

rkdeveloptool db rkxx_loader_vx.xx.bin
rkdeveloptool gpt parameter_gpt.txt

 其中parameter_gpt.txt包含分区信息：

CMDLINE:mtdparts=rk29xxnand:0x00001f40@0x00000040(loader1),0x00000080@0x00001f80(reserved1),0x00002000@0x00002000(reserved2),0x00002000@0x00004000(loader2),0x00002000@0x00006000(atf),0x00038000@0x00008000(boot:bootable),@0x0040000(rootfs)

• 通过U-boot写入GPT分区表

        在u-boot console中，“ gpt”命令可用于写入gpt分区表：

gpt - GUID Partition Table
 
Usage:
gpt <command> <interface> <dev> <partitions_list>
 - GUID partition table restoration and validity check
 Restore or verify GPT information on a device connected
 to interface
 Example usage:
 gpt write mmc 0 $partitions
 gpt verify mmc 0 $partitions</code>

 例如：

=> env set partitions name=rootfs,size=-,type=system
=> gpt write mmc 0 $partitions
Writing GPT: success!

注意：可以在u-boot console（使用“ env set”命令）或在u-boot的源代码中设置分区env，
例如：

        

include/configs/kylin_rk3036.h
#define PARTS_DEFAULT \
        "uuid_disk=${uuid_gpt_disk};" \
...
 
#undef CONFIG_EXTRA_ENV_SETTINGS
#define CONFIG_EXTRA_ENV_SETTINGS \
        "partitions=" PARTS_DEFAULT \

• 通过U-Boot的fastboot写入GPT分区表

        

启动介绍

首先，让我们弄清楚这个概念，当我们启动 Linux 操作系统时，有很多启动阶段；

然后，我们需要知道 image 应该如何打包，image 位于何处；

最后，我们将解释如何写入不同的媒体和从那里 boot 。

以下是 Rockchip 预发布的二进制文件，稍后可能会提到：

GitHub - rockchip-linux/rkbin: Firmware and Tool Binarys

1.1 启动流程

本章介绍了 Rockchip 应用处理器的一般启动流程，包括在Rockchip平台上使用什么 image 作为启动路径的细节：

- 使用来自 Upstream 或 Rockchip U-Boot 的 U-Boot TPL/SPL ，它们完全是源代码；

- 使用 Rockchp idbLoader，它由 Rockchip rkbin project 的 Rockchip ddr init bin 和 miniloader bin 组合而成；

+--------+----------------+----------+-------------+---------+
| Boot   | Terminology #1 | Actual   | Rockchip    | Image   |
| stage  |                | program  |  Image      | Location|
| number |                | name     |   Name      | (sector)|
+--------+----------------+----------+-------------+---------+
| 1      |  Primary       | ROM code | BootRom     |         |
|        |  Program       |          |             |         |
|        |  Loader        |          |             |         |
|        |                |          |             |         |
| 2      |  Secondary     | U-Boot   |idbloader.img| 0x40    | pre-loader
|        |  Program       | TPL/SPL  |             |         |
|        |  Loader (SPL)  |          |             |         |
|        |                |          |             |         |
| 3      |  -             | U-Boot   | u-boot.itb  | 0x4000  | including u-boot and atf
|        |                |          | uboot.img   |         | only used with miniloader
|        |                |          |             |         |
|        |                | ATF/TEE  | trust.img   | 0x6000  | only used with miniloader
|        |                |          |             |         |
| 4      |  -             | kernel   | boot.img    | 0x8000  |
|        |                |          |             |         |
| 5      |  -