了解U-Boot内存占用

Question

我不明白加载U-Boot时RAM中发生了什么.我正在研究Xilinx Zynq ZC702评估套件,我正在尝试使用U-Boot加载Linux内核.所以我使用Xilinx工具Vivado和SDK来生成一个逐步写在SD卡上的BOOT.bin文件:

• 使用Vivado创建一个HW项目,
• 使用SDK生成FSBL和FPGA比特流,
• 创建包含FSBL +比特流+ U-Boot的启动映像(我从xilinx Git存储库下载了U-Boot源).

简而言之,我遵循了Xilinx用户指南中描述的所有步骤.

但是现在,在加载内核之前,我想了解发生了什么,但我不能.根据文档,如果从闪存加载,U-Boot将自身复制到RAM中,并从那里执行,但在哪里？

我在网上搜索,发现U-Boot提取自身的地址在include/configs/zynq-common.h中由CONFIG_SYS_TEXT_BASE定义,看起来像是0x400_0000.

但在另一个网站上,我看到我们可以在调试模式下打印重定位地址,因此我修改了文件common/board_r.c并覆盖了函数" initr_announce "以打印" gd-> relocaddr "字段.这次看起来U-Boot使用偏移地址0x3FF3_7000.

当我使用U-Boot命令"md"来检查内存时,我看到使用了两个偏移,我在两个位置都看到了一个幻数"be00_00ea":

Xilinx First Stage Boot Loader 
Release 2014.4  Feb  8 2016-14:53:56
Devcfg driver initialized 
Silicon Version 3.1
Boot mode is SD
SD: rc= 0
SD Init Done 
Flash Base Address: 0xE0100000
Reboot status register: 0x60400000
Multiboot Register: 0x0000C000
Image Start Address: 0x00000000
Partition Header Offset:0x00000C80
Partition Count: 3
Partition Number: 1
Header Dump
Image Word Len: 0x000F6EC0
Data Word Len: 0x000F6EC0
Partition Word Len:0x000F6EC0
Load Addr: 0x00000000
Exec Addr: 0x00000000
Partition Start: 0x000065D0
Partition Attr: 0x00000020
Partition Checksum Offset: 0x00000000
Section Count: 0x00000001
Checksum: 0xFFD14B7E
Bitstream
In FsblHookBeforeBitstreamDload function 
PCAP:StatusReg = 0x40000A30
PCAP:device ready
PCAP:Clear done
Level Shifter Value = 0xA 
Devcfg Status register = 0x40000A30 
PCAP:Fabric is Initialized done
PCAP register dump:
PCAP CTRL 0xF8007000: 0x4C00E07F
PCAP LOCK 0xF8007004: 0x0000001A
PCAP CONFIG 0xF8007008: 0x00000508
PCAP ISR 0xF800700C: 0x0802000B
PCAP IMR 0xF8007010: 0xFFFFFFFF
PCAP STATUS 0xF8007014: 0x00000A30
PCAP DMA SRC ADDR 0xF8007018: 0x00100001
PCAP DMA DEST ADDR 0xF800701C: 0xFFFFFFFF
PCAP DMA SRC LEN 0xF8007020: 0x000F6EC0
PCAP DMA DEST LEN 0xF8007024: 0x000F6EC0
PCAP ROM SHADOW CTRL 0xF8007028: 0xFFFFFFFF
PCAP MBOOT 0xF800702C: 0x0000C000
PCAP SW ID 0xF8007030: 0x00000000
PCAP UNLOCK 0xF8007034: 0x757BDF0D
PCAP MCTRL 0xF8007080: 0x30800100

DMA Done ! 

FPGA Done ! 
In FsblHookAfterBitstreamDload function 
Partition Number: 2
Header Dump
Image Word Len: 0x0001BA12
Data Word Len: 0x0001BA12
Partition Word Len:0x0001BA12
Load Addr: 0x04000000
Exec Addr: 0x04000000
Partition Start: 0x000FD490
Partition Attr: 0x00000010
Partition Checksum Offset: 0x00000000
Section Count: 0x00000001
Checksum: 0xF7EAFAC8
Application
Handoff Address: 0x04000000
In FsblHookBeforeHandoff function 
SUCCESSFUL_HANDOFF
FSBL Status = 0x1


U-Boot 2015.07 (Feb 11 2016 - 10:24:28 +0100)

Model: Zynq ZC702 Development Board
I2C:   ready
DRAM:  ECC disabled 1 GiB
MMC:   zynq_sdhci: 0
SF: Detected N25Q128A with page size 256 Bytes, erase size 64 KiB, total 16 MiB
In:    serial
Out:   serial
Err:   serial
Model: Zynq ZC702 Development Board
Net:   Gem.e000b000
Hit any key to stop autoboot:  0 
zynq-uboot> md 0x4000000
04000000: ea0000be e59ff014 e59ff014 e59ff014    ................
04000010: e59ff014 e59ff014 e59ff014 e59ff014    ................
04000020: 04000060 040000c0 04000120 04000180    `....... .......
04000030: 040001e0 04000240 040002a0 deadbeef    ....@...........
04000040: 0badc0de e320f000 e320f000 e320f000    ...... ... ... .
04000050: e320f000 e320f000 e320f000 e320f000    .. ... ... ... .
04000060: e51fd028 e58de000 e14fe000 e58de004    (.........O.....
04000070: e3a0d013 e169f00d e1a0e00f e1b0f00e    ......i.........
04000080: e24dd048 e88d1fff e51f2050 e892000c    H.M.....P ......
04000090: e28d0048 e28d5034 e1a0100e e885000f    H...4P..........
040000a0: e1a0000d eb0005dc e320f000 e320f000    .......... ... .
040000b0: e320f000 e320f000 e320f000 e320f000    .. ... ... ... .
040000c0: e51fd088 e58de000 e14fe000 e58de004    ..........O.....
040000d0: e3a0d013 e169f00d e1a0e00f e1b0f00e    ......i.........
040000e0: e24dd048 e88d1fff e51f20b0 e892000c    H.M...... ......
040000f0: e28d0048 e28d5034 e1a0100e e885000f    H...4P..........
zynq-uboot> md 0x3ff37000
3ff37000: ea0000be e59ff014 e59ff014 e59ff014    ................
3ff37010: e59ff014 e59ff014 e59ff014 e59ff014    ................
3ff37020: 3ff37060 3ff370c0 3ff37120 3ff37180    `p.?.p.? q.?.q.?
3ff37030: 3ff371e0 3ff37240 3ff372a0 deadbeef    .q.?@r.?.r.?....
3ff37040: 3f312628 e320f000 e320f000 e320f000    (&1?.. ... ... .
3ff37050: e320f000 e320f000 e320f000 e320f000    .. ... ... ... .
3ff37060: e51fd028 e58de000 e14fe000 e58de004    (.........O.....
3ff37070: e3a0d013 e169f00d e1a0e00f e1b0f00e    ......i.........
3ff37080: e24dd048 e88d1fff e51f2050 e892000c    H.M.....P ......
3ff37090: e28d0048 e28d5034 e1a0100e e885000f    H...4P..........
3ff370a0: e1a0000d eb0005dc e320f000 e320f000    .......... ... .
3ff370b0: e320f000 e320f000 e320f000 e320f000    .. ... ... ... .
3ff370c0: e51fd088 e58de000 e14fe000 e58de004    ..........O.....
3ff370d0: e3a0d013 e169f00d e1a0e00f e1b0f00e    ......i.........
3ff370e0: e24dd048 e88d1fff e51f20b0 e892000c    H.M...... ......
3ff370f0: e28d0048 e28d5034 e1a0100e e885000f    H...4P..........
zynq-uboot> 

为什么U-Boot需要这两个偏移？U-Boot的实际内存占用量是多少？更一般地说,我可以在哪里放置内核以确保它不会覆盖某些东西？

Answer 1

ARM体系结构上的u-boot重定位

以下是两阶段启动过程的完整顺序:

1. ROM代码读取SPL(从MLOSD卡上的文件)到CONFIG_SPL_TEXT_BASE地址.该地址通常位于SRAM中,无需初始化即可正常工作(与RAM相对).ROM代码跳转到SPL代码.
2. SPL配置RAM,然后读取u-boot(从u-boot.imgSD卡上的文件)到CONFIG_SYS_TEXT_BASERAM地址(通常在RAM的开头)并运行它
3. u-boot将自身重定位到gd->relocaddrRAM地址(通常位于RAM的末尾)并跳转到重定位代码
4. 现在我们准备启动内核了

对于单阶段启动,您没有SPL,通常只使用u-boot.bin文件.在这种情况下,您只有步骤3和4.

关于重定位有两种情况(如doc/README.arm-relocation中所述):

1. CONFIG_SYS_TEXT_BASE != gd->relocaddr:将进行重新安置
2. CONFIG_SYS_TEXT_BASE == gd->relocaddr:不会执行重定位

在您的情况下,您会看到执行了重定位(as CONFIG_SYS_TEXT_BASE != gd->relocaddr).

所以,解决你的问题:

为什么U-Boot需要这两个偏移？

u-boot ARM重定位任务中描述了重定位背后的原因:

... 我们可以测量板上存在的实际内存大小,然后将U-Boot重新定位到RAM的最末端,几乎整个RAM可用作"应用程序"的一个大的连续区域,如加载Linux内核, ramdisk等

实际上,如果您查看代码,您可以看到gd->relocaddrRAM减去监视器代码(U-Boot)大小的结束:

gd->relocaddr = gd->ram_top;
...
gd->relocaddr -= gd->mon_len;

还可以执行一些额外的存储器保留.例如,在我的平台(TI DRA7XX EVM)上,我可以看到下一个函数叫做:

setup_dest_addr()
reserve_round_4k()
reserve_mmu()
reserve_uboot()

实际的重定位是在board_init_f()调用后完成的.

arch/arm/lib/crt0.S:

bl board_init_f
...
b relocate_code

arch/arm/lib/relocate.S:

ENTRY(relocate_code)

现在很容易回答你的下一个问题:

U-Boot的实际内存占用量是多少？

在重定位之前,U-Boot驻留在CONFIG_SYS_TEXT_BASE.重定位后,U-Boot驻留在gs->relocaddr.

关于你的上一个问题:

我在哪里可以放置我的内核以确保它不会覆盖某些内容？

由于U-Boot被重新定位到RAM的末尾,理论上可以使用任何RAM地址来放置内核.但是看看CONFIG_EXTRA_ENV_SETTINGS定义include/configs/zynq-common.h:

"sdboot=if mmcinfo; then " \
        "run uenvboot; " \
        "echo Copying Linux from SD to RAM... && " \
        "load mmc 0 ${kernel_load_address} ${kernel_image} && " \
        "load mmc 0 ${devicetree_load_address} ${devicetree_image} && " \
        "load mmc 0 ${ramdisk_load_address} ${ramdisk_image} && " \
        "bootm ${kernel_load_address} ${ramdisk_load_address} ${devicetree_load_address}; " \
    "fi\0" \

从那里你可以看到你应该加载内核${kernel_load_address},这是0x2080000:

"kernel_load_address=0x2080000\0" \

其他常量请参见该定义的其余部分.

bdinfo命令

您可以找到bdinfo有用的命令:可以使用bdinfoU-Boot shell中的命令找到重定位地址以及其他有用信息.例如,对于DRA7XX EVM:

=> bdinfo

DRAM bank   = 0x00000000
-> start    = 0x80000000
-> size     = 0x60000000
TLB addr    = 0xDFFF0000
relocaddr   = 0xDFF5D000
reloc off   = 0x5F75D000
irq_sp      = 0xDEF3CEE0
sp start    = 0xDEF3CED0

从这里你可以看到:

• RAM开始于 0x80000000
• RAM大小是 0x60000000
• ...所以RAM end(gd->ram_top)是0x80000000 + 0x60000000 = 0xE0000000
• 搬迁地址是 0xDFF5D000
• 用于重定位的保留内存是 0xE0000000 - 0xDFF5D000 = 652 KB
• 监视器(U-Boot)大小约为 TLB addr - relocaddr = 0xDFFF0000 - 0xDFF5D000 = 588 KB

也可以看看:

[1] u-boot:搬迁

[2] 什么是SPL(二级程序加载器)的用途

[3] 提交为u-boot添加ARM重定位支持