U-BOOT环境变量实现

最新推荐文章于 2025-12-08 15:59:03 发布

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本文详细介绍了U-Boot中的环境变量(env)管理机制，包括相关文件、数据结构、初始化流程及保存方法等内容。深入探讨了环境变量在不同存储介质上的实现方式，如NAND Flash，并解析了其在RAM中的重定位过程。

1.相关文件

common/env_common.c

供u-boot调用的通用函数接口，它们隐藏了env的不同实现方式，比如dataflash,epprom, flash等

common/env_dataflash.c

env 存储在dataflash中的实现

common/env_epprom.c

env 存储在epprom中的实现

common/env_flash.c

env 存储在flash中的实现

common/env_nand.c

env 存储在nand中的实现

common/env_nvedit.c

实现u-boot对环境变量的操作命令

environment.c

环境变量以及一些宏定义

env如果存储在Flash中还需要Flash的支持。

2.数据结构

env 在 u-boot中通常有两种存在方式，在永久性存储介质中（ Flash NVRAM等）在SDRAM，可以配置不使用 env的永久存储方式，但这不常用。u-boot 在启动的时候会将存储在永久性存储介质中的 env 重新定位到 RAM中，这样可以快速访问，同时可以通过saveenv 将 RAM 中的 env 保存到永久性存储介质中。

在include/environment.h中定义了表示env的数据结构

typedef struct environment_s

{

unsigned long crc;

#ifdef CFG_REDUNDAND_ENVIRONMENT

unsigned char flags;

#endif

unsigned char data[ENV_SIZE];

} env_t;

关于以上结构的说明:

crc是u-boot在保存env的时候加上去的校验头，在第一次启动时一般 crc校验会出错，这很正常，因为这时 Flash中的数据无效。

data字段保存实际的环境变量。u-boot 的 env 按name=value”\0”的方式存储，在所有env的最后以”\0\0”表示整个 env的结束。新的name=value对总是被添加到 env数据块的末尾，当删除一个name=value对时，后面的环境变量将前移，对一个已经存在的环境变量的修改实际上先删除再插入。

env 可以保存在 u-boot 的TEXT 段中，这样 env 就可以同 u-boot 一同加载入RAM中，这种方法没有测试过。

上文提到u-boot会将 env 从 flash 等存储设备重定位到 RAM 中，在 env 的不同实现版本（ env_xxx.c）中定义了 env_ptr, 它指向 env 在RAM中的位置。u-boot在重定位 env后对环境变量的操作都是针对env_ptr。

env_t 中除了数据之外还包含校验头，u-boot 把env_t 的数据指针有保存在了另外一个地方,这就是 gd_t结构（不同平台有不同的 gd_t 结构）,这里以ARM为例仅列出和 env 相关的部分

typedef struct global_data

{

…

unsigned long env_off;

unsigned longenv_addr;

unsigned longenv_valid

…

} gd_t;

gd_t.env_addr 即指向env_ptr->data。

3.ENV的初始化

start_armboot : （ lib_arm/board.c）

*env_init : env_xxx.c（ xxx = nand | flash |epprom … ）

env_relocate : env_common.c

*env_relocate_spec : env_xxx.c（ xxx=nand |flash | eporom… ）

3.1env_init

实现 env 的第一次初始化，对于nand env（非embedded方式）:

Env_nand.c : env_init

gd->env_addr =(ulong)&default_environment[0];//先使gd->env_addr指向默认的环境变量

gd->env_valid = 1;// env有效位置1

3.2 env_relocate

#ifdefine ENV_IS_EMBEDDED

…（略）

#else

env_ptr = (env_t *)malloc(CFG_ENV_SIZE);

#endif

if( gd->env_valid == 0) // 在Env_annd.c : env_init 中已经将 gd->env_valid置1

{

…

}

else

env_relocate_spec ();// 调用具体的 env_relocate_spec函数

gd->env_addr =(ulong)&(env_ptr->data);//最终完成将环境变量搬移到内存

这里涉及到两个和环境变量有关的宏

ENV_IS_EMBEDDED : env 是否存在于 u-boot TEXT段中

CFG_ENV_SIZE : env 块的大小

实际上还需要几个宏来控制u-boot 对环境变量的处理

CFG_ENV_IS_IN_NAND : env 块是否存在于Nand Flash中

CFG_ENV_OFFSET : env 块在 Flash中偏移地址

3.3*env_relocate_spec

这里仅分析 Nand Flash 的 env_relocate_spec实现

如果未设置CFG_ENV_OFFSET_REDUND，env_relocate_spec的实现如下 :

void env_relocate_spec (void)

{

#if !defined(ENV_IS_EMBEDDED)

ulong total;

int ret;

total = CFG_ENV_SIZE;

ret = nand_read(&nand_info[0], CFG_ENV_OFFSET,&total, (u_char*)env_ptr);

if (ret || total != CFG_ENV_SIZE)

return use_default();

if (crc32(0, env_ptr->data, ENV_SIZE) !=env_ptr->crc)

return use_default();

#endif

}

上面的代码很清楚的表明了 env_relocate_spec 的意图，调用 nand_read将环境变量从 CFG_ENV_OFFSET 处读出，环境变量的大小为 CFG_ENV_SIZE 注意 CFG_ENV_OFFSET和CFG_ENV_SIZE 要和 Nand Flash 的块/页边界对齐。读出数据后再调用crc32对env_ptr->data 进行校验并与保存在 env_ptr->crc的校验码对比，看数据是否出错，从这里也可以看出在系统第一次启动时，Nand Flash里面没有存储任何环境变量,crc校验肯定回出错，当我们保存环境变量后，接下来再启动板子u-boot就不会再报crc32出错了。

4. ENV的保存

由上问的论述得知, env 将从永久性存储介质中搬到RAM里面，以后对env的操作，比如修改环境变量的值，删除环境变量的值都是对这个 env在RAM中的拷贝进行操作，由于RAM的特性，下次启动时所做的修改将全部消失，u-boot提供了将env 写回永久性存储介质的命令支持: saveenv，不同版本的 env （ nand flash, flash … ）实现方式不同，以Nand Flash的实现（未定义CFG_ENV_OFFSET_REDUND）为例

Env_nand.c : saveenv

int saveenv(void)

{

ulong total;

int ret = 0;

puts ("Erasing Nand...");

if (nand_erase(&nand_info[0], CFG_ENV_OFFSET,CFG_ENV_SIZE))

return 1;

puts ("Writing to Nand... ");

total = CFG_ENV_SIZE;

ret = nand_write(&nand_info[0], CFG_ENV_OFFSET,&total, (u_char*)env_ptr);

if (ret || total != CFG_ENV_SIZE)

return 1;

puts ("done\n");

return ret;

}

Nand Flash 的 saveenv 命令实现很简单，调用nand_erase和nand_write进行Nand Flash的 erase, write。nand_write/erase使用的是u-boot的nand驱动框架，我在做开发的过程中使用的是nand_legacy驱动，所以可以把nand_erase和nand_write改成nand_legacy_erase和nand_legacy_rw就可实现nand_legacy驱动的保存环境变量版本。