關(guān)于d1哪吒開(kāi)發(fā)板的啟動(dòng)流程分析
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關(guān)于d1哪吒開(kāi)發(fā)板的啟動(dòng)流程分析
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1.本文概述
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2.D1上電后啟動(dòng)的第一個(gè)程序
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3.啟動(dòng)SPL
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4.啟動(dòng)opensbi
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5.裸機(jī)程序的編寫(xiě)
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6.小結(jié)
1.本文概述
從RISCV生態(tài)的角度上來(lái)看，D1哪吒開(kāi)發(fā)板確實(shí)是一塊不錯(cuò)的可以研究很深的開(kāi)發(fā)板。本文主要從研究D1啟動(dòng)流程的角度出發(fā)，探索一下D1的裸機(jī)開(kāi)發(fā)實(shí)踐。對(duì)于研究D1的底層裸機(jī)開(kāi)發(fā)，首先需要知道可以玩那些東西，也可以對(duì)RISCV相關(guān)的軟件生態(tài)有比較透徹的理解，本文會(huì)從spl階段到opensbi階段以及后續(xù)階段做一個(gè)簡(jiǎn)單的分析。
2.D1上電后啟動(dòng)的第一個(gè)程序
D1上電后，首先啟動(dòng)一個(gè)(Boot ROM)BROM。根據(jù)芯片手冊(cè)的描述，該BROM的啟動(dòng)地址是0地址處開(kāi)始啟動(dòng)。
一共是48KB的內(nèi)存空間用于運(yùn)行BROM，那么這個(gè)BROM做了哪些事情？首先它根據(jù)efuse和GPIO選擇了啟動(dòng)的媒體類型。支持的啟動(dòng)方式有
- SD card
- eMMC
- SPI NOR Flash
- SPI NAND Flash
并且可以根據(jù)GPIO的選擇和Efuse的選擇決定啟動(dòng)的模式。同時(shí)也支持USB的啟動(dòng)方式，這就為fel啟動(dòng)方式做了很好鋪墊。
總的說(shuō)來(lái)，BROM就是從其他的介質(zhì)中讀取SPL，然后放到SRAM中執(zhí)行，同時(shí)也通過(guò)FEL運(yùn)行環(huán)境。
3.啟動(dòng)SPL
當(dāng)BROM啟動(dòng)完成后，接下來(lái)要去存儲(chǔ)介質(zhì)中尋找SPL的程序，這部分可以通過(guò)對(duì)全志D1 SDK的源代碼進(jìn)行查看。
不難看出，在tina-d1-open的源代碼下有l(wèi)ichee的代碼。另外brandy-2.0下有spl、opensbi和u-boot的代碼。通過(guò)對(duì)spl代碼的研究，主要從流程上可以知道，spl的代碼運(yùn)行在sram中。
通過(guò)查看，可以看到SRAM為32KB，但是實(shí)際編譯出來(lái)的估計(jì)大小在32KB~64KB，遠(yuǎn)大于32KB，這樣懷疑的可能性是SRAM可能大于32KB或者利用了DSP0 IRAM的空間。在編譯的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)SPL的固件的頭部一段區(qū)域，也就是0x00020000地址開(kāi)始處的一段空間，是初始化的參數(shù)，SPL可以根據(jù)這個(gè)參數(shù)選擇初始化的串口編號(hào)，初始化的DDR參數(shù)等等。在這里面編譯的串口并非開(kāi)發(fā)板的參數(shù)的串口參數(shù)，后面在制作固件的時(shí)候，會(huì)將頭部的信息替換。為此我做了一個(gè)專門(mén)研究D1 哪吒裸機(jī)的倉(cāng)庫(kù)，來(lái)研究其實(shí)際的啟動(dòng)信息。
https://github.com/bigmagic123/d1-nezha-baremeta
首先下載平頭哥的交叉編譯工具鏈。
鏈接：https://pan.baidu.com/s/1Mpfv_6BlarLSVZcgs548HQ 提取碼：mipy
然后通過(guò)設(shè)置
export PATH=/yourpath/:$PATH
將gcc的路徑添加到環(huán)境變量，直接在spl目錄下編譯即可。
編譯后會(huì)在nboot的目錄下生成相關(guān)的固件。
在生成的固件中，每個(gè)固件分別表示從哪種介質(zhì)中啟動(dòng)下一階段。前面說(shuō)過(guò)，spl的頭部存放了一些初始化的參數(shù)變量，所以我直接通過(guò)一個(gè)腳本make_download.sh將spl的頭部一些信息替換了。這樣下來(lái)，就能夠正常的啟動(dòng)spl階段了，并且可以正常的初始化DDR。按下開(kāi)發(fā)板的FEL鍵并且上電。
下載可以利用tools/windows目錄下的xfel工具進(jìn)行下載。
xfel.exe write 0x20000 boot0_sdcard_sun20iw1p1.bin
xfel.exe exec 0x20000
可以正常的啟動(dòng)SPL。xfel的工具是xboot大佬旨在打造全志裸機(jī)的萬(wàn)能開(kāi)發(fā)工具，感覺(jué)用起來(lái)還是挺好。
https://github.com/xboot/xfel
當(dāng)前xfel在d1上支持了ddr初始化，下載到SRAM和DDR3等操作，并支持運(yùn)行程序。非常的強(qiáng)大，后面做裸機(jī)開(kāi)發(fā)會(huì)經(jīng)常用到，后續(xù)如果能夠支持USB燒錄SPI NAND Flash，那會(huì)更加的好用。那么在spl里做了哪些事情？首先SPL是運(yùn)行在SRAM中的程序，這段程序受到SRAM尺寸大小的影響，并不會(huì)做的很復(fù)雜。主要功能來(lái)說(shuō)：
- 1.通過(guò)引腳判斷是否啟動(dòng)JTAG
- 2.初始化DDR
- 3.使能MMU
- 4.根據(jù)SD CARD、SPI NAND FLASH 、SPI NOR FLASH判斷初始化那種外設(shè)。
- 5.根據(jù)opensbi/rtos/uboot，將其搬運(yùn)到DDR中執(zhí)行，然后程序運(yùn)行在DDR中。
4.啟動(dòng)opensbi
此時(shí)程序就運(yùn)行在DDR中了，對(duì)于開(kāi)發(fā)RISCV的人來(lái)說(shuō)，opensbi并不陌生，一方面這個(gè)是后臺(tái)常駐程序，提供S-mode和M-mode的轉(zhuǎn)換層，另外也起到引導(dǎo)下一階段程序的目的。這個(gè)d1下個(gè)階段指的是uboot。然后opensbi就常駐在M-mode下了。作為獨(dú)立的程序，我也在裸機(jī)層面去編譯下載opensbi。
https://github.com/bigmagic123/d1-nezha-baremeta/tree/main/opensbi
編譯的過(guò)程可以通過(guò)
要想在d1上運(yùn)行opensbi，首先需要根據(jù)下面的情況進(jìn)行編譯。
cd d1-nezha-baremeta/opensbi
然后導(dǎo)入環(huán)境變量
export CROSS_COMPILE=/home/bigmagic/work/toolchain-thead-glibc/riscv64-glibc-gcc-thead_20200702/bin/riscv64-unknown-linux-gnu- PLATFORM_RISCV_ISA=rv64gcxthead FW_JUMP_ADDR=0x40200000 FW_TEXT_START=0x40000000
最后進(jìn)行編譯
make PLATFORM=thead/c910
正常情況下，生成
AS platform/thead/c910/standby-normal/standby.o CC platform/thead/c910/standby-normal/loadelf.o CC platform/thead/c910/sunxi_platform.o CC platform/thead/c910/opensbi_head.o AS platform/thead/c910/sunxi_cpuidle.o CC platform/thead/c910/sunxi_idle.o AR platform/thead/c910/lib/libplatsbi.a AS platform/thead/c910/firmware/fw_dynamic.o ELF platform/thead/c910/firmware/fw_dynamic.elf OBJCOPY platform/thead/c910/firmware/fw_dynamic.bin AS platform/thead/c910/firmware/fw_jump.o ELF platform/thead/c910/firmware/fw_jump.elf OBJCOPY platform/thead/c910/firmware/fw_jump.bin
可以把build/platform/thead/c910/firmware/fw_jump.bin文件下載。
可以通過(guò)下面的三條指令進(jìn)行下載
.\xfel.exe ddr ddr3
.\xfel.exe write 0x40000000 fw_jump.bin
.\xfel.exe exec 0x40000000
最后可以看到啟動(dòng)如下
其中對(duì)opensbi的下載流程，實(shí)際上這里直接是通過(guò)xfel初始化ddr，然后將程序加載到ddr中直接啟動(dòng)運(yùn)行。并沒(méi)有通過(guò)spl階段，如果想要自己編譯的程序通過(guò)spl --> opensbi。可以在Linux上通過(guò)dd命令將程序燒錄到sd卡中。
這里將boot0的固件燒錄到sd卡的8K處，系統(tǒng)可以正常的啟動(dòng)。
5.裸機(jī)程序的編寫(xiě)
在分析了上述SPL和opensbi的啟動(dòng)流程后，自行編譯一個(gè)簡(jiǎn)單的裸機(jī)程序就容易許多。從啟動(dòng)流程的角度上來(lái)說(shuō)，只需要實(shí)現(xiàn)初始化時(shí)鐘、串口即可。這樣就能夠享受D1上裸機(jī)開(kāi)發(fā)的樂(lè)趣了。更多的外設(shè)擴(kuò)展需要根據(jù)芯片手冊(cè)去進(jìn)行編程。
https://github.com/bigmagic123/d1-nezha-baremeta/tree/main/src/1.startup
而燒錄的流程，可以利用xfel初始化ddr，然后燒錄到ddr中，這樣方便調(diào)試。目前裸機(jī)開(kāi)發(fā)代碼比較好的可以參考xboot的代碼。
https://github.com/xboot/xboot/tree/test-d1
xboot的底層也會(huì)用到基本的裸機(jī)編程部分的代碼實(shí)現(xiàn)，也是非常值得研究和學(xué)習(xí)的。
6.小結(jié)
全志D1芯片的啟動(dòng)流程最底層的分析來(lái)看，和其他全志產(chǎn)品線的芯片的啟動(dòng)流程基本類似，主要需要理解的是fel模式下對(duì)SRAM，DDR等操作，這樣在做裸機(jī)開(kāi)發(fā)的時(shí)候，才能將程序下載進(jìn)去。有了這些理解，在做riscv的底層編程的時(shí)候，才能透徹的理解其啟動(dòng)的流程和原理。
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