Mini2440之uboot移植之裁剪、分区与环境变量设置（五）
本节的代码都是在Mini440之uboot移植之实践NAND启动（四） 代码基础上修改的。
一、修改默认环境变量
不知道你有没有留意到，uboot在启动时，串口输出信息有下面一行：
U-Boot 2016.05 (Jan 14 2022 - 22:22:01 +0800) CPUID: 32440001 FCLK: 400 MHz HCLK: 100 MHz PCLK: 50 MHz DRAM: 64 MiB WARNING: Caches not enabled Flash: 2 MiB NAND: 256 MiB *** Warning - bad CRC, using default environment In: serial Out: serial Err: serial Net: dm9000 ### main_loop: bootcmd="<UNDEFINED>" SMDK2440 #
可以看出，读出的是坏的CRC，使用默认的环境变量，我们分析一下输出这个的原因。
1.1 分析环境变量初始化
在Mini440之uboot移植之源码分析board_init_r（四）我们介绍到board_init_r()函数会进行环境变量的的初始化。
具体在initr_env()函数执行过程中，该函数位于common/board_r.c文件，去掉无用代码如下：
static int initr_env(void) { /* initialize environment */ if (should_load_env()) env_relocate(); else set_default_env(NULL); /* Initialize from environment */ load_addr = getenv_ulong("loadaddr", 16, load_addr); return 0; }
其中should_load_env去除无用代码，定义如下：
static int should_load_env(void) { return 1; }
然后执行env_relocate()；
1.2 env_relocate
env_relocate函数定义在common/env_common.c文件，去除无用代码：
void env_relocate(void) { if (gd->env_valid == 0) { bootstage_error(BOOTSTAGE_ID_NET_CHECKSUM); set_default_env("!bad CRC"); } else { env_relocate_spec(); } }
会去根据gd->env_valid 前面有没有被初始化，是否为1，而决定，是直接调用默认环境变量，还是去调用env_relocate_spec ()去重新装载你之前存储在外部介质(例如NAND、NOR FLASH)中的环境变量。这里由于我们并没有将环境变量写入外部存储介质。
而我这里，按照上面说明，gd->env_valid=0，所以执行set_default_env("!bad CRC");
1.3 set_default_env
set_default_env函数定义在common/env_common.c文件：
void set_default_env(const char *s) { int flags = 0; if (sizeof(default_environment) > ENV_SIZE) { puts("*** Error - default environment is too large\n\n"); return; } if (s) { if (*s == '!') { printf("*** Warning - %s, " "using default environment\n\n", s + 1); } else { flags = H_INTERACTIVE; puts(s); } } else { puts("Using default environment\n\n"); } if (himport_r(&env_htab, (char *)default_environment, sizeof(default_environment), '\0', flags, 0, 0, NULL) == 0) error("Environment import failed: errno = %d\n", errno); gd->flags |= GD_FLG_ENV_READY; }
因为s="!bad CRC"，所以串口会输出警告信息。
我们之前介绍过默认的环境变量都是保存在default_environment这个字符数组中的，环境变量之间使用\0分隔，其内容大致如下：
const uchar default_environment[] = { "bootdelay=" __stringify(CONFIG_BOOTDELAY) "\0" "baudrate=" __stringify(CONFIG_BAUDRATE) "\0" "ipaddr=" __stringify(CONFIG_IPADDR) "\0" "serverip=" __stringify(CONFIG_SERVERIP) "\0" "netmask=" __stringify(CONFIG_NETMASK) "\0" };
这里我们以其中的baudrate为例，CONFIG_BAUDRATE在smdk2440.h(include/configs/smdk2440.h)中定义：
#define CONFIG_BAUDRATE 115200
此外还有一个比较重要的宏配置，是用来启动linux内核的，这里我们没有配置，但是有必要介绍一下，CONFIG_BOOTARGS，搜索 bootargs 字样，可以在其它单板中看到有类似这样的定义：
#define CONFIG_BOOTARGS "root=/dev/mtdblock3 console=ttySAC0,115200 init=/linuxrc"
- root 指定文件系统位置，这里/dev/mtdblock3代表的是rootfs根文件系统所在的分区，并不是随便指定的，是要根据实际块设备驱动来指定；
- init 指定内核启动后执行的第一个应用程序；
- console 指定使用哪个终端，这里ttySAC0代表的是UART0字符设备/dev/ttySAC0，页是要根据实际UART驱动来指定；
其它宏也是这样，比如我们熟悉的有：
- CONFIG_BOOTCOMMAND，用来启动内核的命令；
- CONFIG_BOOTDELAY：uboot启动倒计时，默认值为5s，只有设置了bootcmd，它才有用；
- CONFIG_BAUDRATE：波特率，默认为115200；
- CONFIG_IPADDR：IP 地址；
- CONFIG_SERVERIP：服务器IP地址；
- CONFIG_NETMASK：子网掩码；
- CONFIG_GATEWAYIP：网关；
仿照其它单板在include/configs/smdk2440.h中添加相应的宏来设置默认环境变量，代码如下(红色为添加代码)：
/* autoboot */ #define CONFIG_BOOTDELAY 5 #define CONFIG_BOOT_RETRY_TIME -1 #define CONFIG_RESET_TO_RETRY #define CONFIG_ZERO_BOOTDELAY_CHECK #define CONFIG_NETMASK 255.255.255.0 #define CONFIG_IPADDR 192.168.0.188 #define CONFIG_SERVERIP 192.168.0.200 #define CONFIG_ETHADDR 08:00:3e:26:0a:5b
这个其实我们在u-boot支持DM9000网卡的时候已经介绍过了。 这样当uboot启动时就会默认使用上面的环境变量，不需要每次启动都去修改变量了。
1.4 设置环境变量保存位置
在之前的打印信息中虽然会出现，"bad CRC,using default environment"，后面我们通过手动设置环境变量：
set ethaddr 00:0c:29:d3:fe:1d
也是可以执行我们想要的操作，但是如果使用 save 命令将其保存到 flash 中，保存地址设置有误的话，会保存失败。并且有可能会破坏flash原有的内容，导致uboot启动失败。
所以，首先我们先找到 save 在代码中的位置，在 u-boot 上，输入 save -help 命令，打印如下：
saveenv - save environment variables to persistent storage
useage:
saveenv
在u-boot代码搜索saveenv，
grep "saveenv" * -nR
发现很多文件中都有对 saveenv 函数的定义，由于我们只需要把环境变量保存到 FALSH中，所以只需要关注与 FLASH有关的文件，如上图所示：
- common/env_nand.c 文件：将环境变量保存到 NAND 中；
- common/env_flash.c 文件：将环境变量保存到 NOR中；
打开 common 目录下的 Makefile 文件，查看编译这两个文件所依赖的宏：
可以看出:
- 编译 env_flash.c 文件需要 CONFIG_ENV_IS_IN_FLASH 宏;
- 编译 env_nand.c 文件需要 CONFIG_ENV_IS_IN_NAND 宏;
在 smdk2440.h 文件中查找这两个宏有无定义：
发现只有与NOR 相关宏的定义，没有与 NAND 相关宏的定义。
1.4.1 NAND启动
需要注意的是如果是NAND启动，不支持 NOR FLASH操作，NAND启动的话只能将环境变量保存在NAND FLASH中。
参照其它单板对NAND 宏的定义，修改include/configs/smdk2440.h：
/* 保存环境变量到NOR FLASH */ #if 0 #define CONFIG_ENV_ADDR (CONFIG_SYS_FLASH_BASE + 0x080000) #define CONFIG_ENV_IS_IN_FLASH #define CONFIG_ENV_SIZE 0x10000 #else /* 保存环境变量到NAND FLASH */ #define CONFIG_ENV_IS_IN_NAND /* U-Boot env in NAND Flash */ #define CONFIG_ENV_SIZE 0x20000 //128kb #define CONFIG_ENV_OFFSET 0x80000 //给uboot预留512kb #endif
其中还有一个 CONFIG_ENV_RANGE 宏，这个宏可以不定义，如果不定义的话，在env_nand.c 中，会把它设置为 CONFIG_ENV_SIZE。
重新编译，烧写u-boot到NAND FLASH，就可以使用 save 命令保存环境变量了。
1.4.2 NOR启动
如果是NOR启动，修改CONFIG_ENV_ADDR：
/* 保存环境变量到NOR FLASH */ #if 1 #define CONFIG_ENV_ADDR (CONFIG_SYS_FLASH_BASE + 0x080000) //给uboot预留512kb #define CONFIG_ENV_IS_IN_FLASH #define CONFIG_ENV_SIZE 0x10000 #else /* 保存环境变量到NAND FLASH */ #define CONFIG_ENV_IS_IN_NAND /* U-Boot env in NAND Flash */ #define CONFIG_ENV_SIZE 0x20000 //128kb #define CONFIG_ENV_OFFSET 0x80000 //给uboot预留512kb #endif
重新编译，烧写u-boot到NOR FLASH，并设置开发板从NOR启动，启动后设置环境变量，并保存：
U-Boot 2016.05 (Jan 16 2022 - 13:53:11 +0800) CPUID: 32440001 FCLK: 400 MHz HCLK: 100 MHz PCLK: 50 MHz DRAM: 64 MiB WARNING: Caches not enabled Flash: 2 MiB NAND: 256 MiB In: serial Out: serial Err: serial Net: dm9000 SMDK2440 # set ethaddr 00:0c:29:d3:fe:1d SMDK2440 # save Saving Environment to Flash... Un-Protected 1 sectors Erasing Flash... . done Erased 1 sectors Writing to Flash... 9....8....7....6....5....4....3....2....1....done
1.4.3 env_relocate_spec
由于gd->env_valid = 1，下次在启动就不会执行env_relocate，将会去执行env_relocate_spec ()，函数定义在common/env_flash.c：
void env_relocate_spec(void) { env_import((char *)flash_addr, 1); }
env_import()在common/env_common.c中定义：
/* * Check if CRC is valid and (if yes) import the environment. * Note that "buf" may or may not be aligned. */ int env_import(const char *buf, int check) { env_t *ep = (env_t *)buf; int ret; if (check) { uint32_t crc; memcpy(&crc, &ep->crc, sizeof(crc)); if (crc32(0, ep->data, ENV_SIZE) != crc) { set_default_env("!bad CRC"); return 0; } } /* Decrypt the env if desired. */ ret = env_aes_cbc_crypt(ep, 0); if (ret) { error("Failed to decrypt env!\n"); set_default_env("!import failed"); return ret; } if (himport_r(&env_htab, (char *)ep->data, ENV_SIZE, '\0', 0, 0, // 正常会执行这里 0, NULL)) { gd->flags |= GD_FLG_ENV_READY; return 1; } error("Cannot import environment: errno = %d\n", errno); set_default_env("!import failed"); return 0; }
这里就不深入介绍了，有兴趣自行研究。
二、设置 mtdparts 分区
我们首先来介绍一下什么是分区，其实linux系统下的各个分区和windows系统下的各个盘类似， 比如我们有一个硬盘，在windows系统中，我们一般会把硬盘分为四个盘，C盘为系统盘，然后D、E、F盘用来放各种类型文件。
同理，我们可以对NAND FLASH进行分盘，比如划分一个盘用来放u-boot、再划分一个盘用来放linux内核，只不过在linux系统下，这个操作叫做叫分区。
如果想要查看 u-boot，kernel等的分区，在uboot中输入mtdparts命令即可，该命令用来查看NAND FLASH分区情况。运行u-boot，输入该命令：
SMDK2440 # mtdparts
mtdids not defined, no default present
发现不支持该命令，修改代码使u-boot支持mtdparts命令，命令相关的都在cmd目录下定义。
打开cmd目录下的 Makefile ，发现要想编译mtdparts.c 文件，需定义CONFIG_CMD_MTDPARTS 宏，如下图所示：
然后我们do_mtdparts函数：
static int do_mtdparts(cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char * const argv[]) { if (argc == 2) { if (strcmp(argv[1], "default") == 0) { setenv("mtdids", (char *)mtdids_default); setenv("mtdparts", (char *)mtdparts_default); setenv("partition", NULL); mtdparts_init(); return 0; } else if (strcmp(argv[1], "delall") == 0) { /* this may be the first run, initialize lists if needed */ mtdparts_init(); setenv("mtdparts", NULL); /* mtd_devices_init() calls current_save() */ return mtd_devices_init(); } } /* make sure we are in sync with env variables */ if (mtdparts_init() != 0) return 1; if (argc == 1) { list_partitions(); return 0; } ... }
当执行mtdparts命令时，第一个参数为命令mtdparts命令对应的结构体，第二个参数为命令标志，第三个参数为命令参数个数，这里没有传入额外参数，长度也就是1，即命令本身。
该函数会调用mtdparts_init函数。
2.1 mtdparts_init
mtdparts_init函数定义在cmd/mtdparts.c文件：
/** * Parse and initialize global mtdids mapping and create global * device/partition list. * * @return 0 on success, 1 otherwise */ int mtdparts_init(void) { ... /* get variables */ ids = getenv("mtdids"); parts = getenv("mtdparts"); current_partition = getenv("partition"); /* if mtdids variable is empty try to use defaults */ if (!ids) { if (mtdids_default) { debug("mtdids variable not defined, using default\n"); ids = mtdids_default; setenv("mtdids", (char *)ids); } else { printf("mtdids not defined, no default present\n"); return 1; } } ... }
在默认环境变量中没有定义mtdids环境变量，ids为0，执行if (mtdids_default)语句，在同文件有如下定义：
/* default values for mtdids and mtdparts variables */ #if defined(MTDIDS_DEFAULT) static const char *const mtdids_default = MTDIDS_DEFAULT; #else static const char *const mtdids_default = NULL; #endif
2.2 配置分区宏
我们的单板头文件（include/configs/smdk2440.h）默认没有定义MTDIDS_DEFAULT宏，所以执行mtdparts时输出错误信息，查看其它单板头文件是如何定义的，修改include/configs/smdk2440.h里宏的定义：
/* * File system */ #define CONFIG_CMD_UBI #define CONFIG_CMD_UBIFS #define CONFIG_CMD_MTDPARTS #define CONFIG_MTD_DEVICE #define CONFIG_MTD_PARTITIONS #define CONFIG_YAFFS2 #define CONFIG_RBTREE /* mtdparts command line support */ #define MTDIDS_DEFAULT "nand0=Mini2440-0" /* default mtd partition table */ #define MTDPARTS_DEFAULT "mtdparts=Mini2440-0:512k(u-boot)," \ "128k(params)," \ "4m(kernel)," \ "-(rootfs);"
这样当在u-boot命令行执行“mtdparts default”命令时，do_mtdparts会根据上面的MTDPARTS_DEFAULT宏保存的mtd分区信息，来将NAND分区。
然后再次使用mtdparts查看分区信息，如下：
SMDK2440 # mtdparts default SMDK2440 # mtdparts device nand0 <Mini2440-0>, # parts = 4 #: name size offset mask_flags 0: u-boot 0x00080000 0x00000000 0 1: params 0x00020000 0x00080000 0 2: kernel 0x00400000 0x000a0000 0 3: rootfs 0x0fb60000 0x004a0000 0 active partition: nand0,0 - (u-boot) 0x00080000 @ 0x00000000 defaults: mtdids : nand0=Mini2440-0 mtdparts: mtdparts=Mini2440-0:512k(u-boot),128k(params),4m(kernel),-(rootfs);
256MB大小的NAND被分成四个分区：
- 0x00000000~0x00080000：512kb存放u-boot；
- 0x00080000~0x000A0000：128kb可以用来存放u-boot环境变量；
- 0x000A0000~0x004A0000：4MB存放linux内核；
- 0x004A0000~0x10000000：剩下空间存放根文件系统；
2.3 u-boot启动自动分区
下面修改代码，让u-boot启动时自动设置分区（执行“mtdparts default”命令），在u-boot进入main_loop()死循环之前添加执行命令代码（run_command("mtdparts default", 0);），修改run_main_loop()函数如下(common/board_r.c文件中)：
static int run_main_loop(void) { #ifdef CONFIG_SANDBOX sandbox_main_loop_init(); #endif run_command("mtdparts default", 0); /* main_loop() can return to retry autoboot, if so just run it again */ for (;;) main_loop(); return 0; }
这样，u-boot每次启动时都会执行一次mtdparts default 命令，使它根据默认参数来自动分区，这样mtdparts就设置好了。
编译，烧写，在uboot中输入mtdparts，打印如下：
SMDK2440 # mtdparts device nand0 <Mini2440-0>, # parts = 4 #: name size offset mask_flags 0: u-boot 0x00080000 0x00000000 0 1: params 0x00020000 0x00080000 0 2: kernel 0x00400000 0x000a0000 0 3: rootfs 0x0fb60000 0x004a0000 0 active partition: nand0,0 - (u-boot) 0x00080000 @ 0x00000000 defaults: mtdids : nand0=Mini2440-0 mtdparts: mtdparts=Mini2440-0:512k(u-boot),128k(params),4m(kernel),-(rootfs);
三、裁切u-boot
到这一步，我们编译的u-boot 大概有482kb，这其中有很多无用的代码，所以接下来我们需要对 uboot 进行裁剪。
u-boot 很多文件都是基于Makefile里的宏来进行编译的，而这些宏的定义基本上都在include/configs/smdk2440.h 中，所以我们需要修改smdk2440.h文件，去掉不需要的宏。
3.1 裁切USB
#if 0 #define CONFIG_USB_OHCI #define CONFIG_USB_OHCI_S3C24XX #define CONFIG_USB_KEYBOARD #define CONFIG_USB_STORAGE #define CONFIG_DOS_PARTITION #endif
3.2 裁切RTC
/************************************************************ * RTC ************************************************************/ #if 0 #define CONFIG_RTC_S3C24X0 #endif
3.3 裁切BOOTP选项
/* * BOOTP options */ #if 0 #define CONFIG_BOOTP_BOOTFILESIZE #define CONFIG_BOOTP_BOOTPATH #define CONFIG_BOOTP_GATEWAY #define CONFIG_BOOTP_HOSTNAME #endif
3.4 裁切部分不需要的命令行
/* * Command line configuration. */ #if 0 #define CONFIG_CMD_BSP #define CONFIG_CMD_DATE #endif #define CONFIG_CMD_NAND #define CONFIG_CMD_REGINFO
3.5 裁切文件系统
/* * File system */ #if 0 #define CONFIG_CMD_UBI #define CONFIG_CMD_UBIFS #define CONFIG_YAFFS2 #define CONFIG_RBTREE #endif #define CONFIG_CMD_MTDPARTS #define CONFIG_MTD_DEVICE #define CONFIG_MTD_PARTITIONS
3.6 编译
编译，打印如下错误：
打开common目录下的Makefile，定位到usb关键字，如下：
可以看出编译 usb.c 需要宏 CONFIG_CMD_USB 的支持，在 configs/smdk2440_defconfig找到该宏，将其屏蔽，同时屏蔽文件系统相关的宏：
CONFIG_ARM=y CONFIG_TARGET_SMDK2440=y CONFIG_HUSH_PARSER=y CONFIG_SYS_PROMPT="SMDK2440 # " # CONFIG_CMD_USB=y # CONFIG_CMD_SETEXPR is not set CONFIG_CMD_DHCP=y CONFIG_CMD_PING=y CONFIG_CMD_CACHE=y #CONFIG_CMD_EXT2=y #CONFIG_CMD_FAT=y
再次编译：
make clean make distclean make smdk2440_defconfig make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux- V=1
此时编译完成u-boot大概为246kb。
3.7 下载到NOR FLASH运行
下载到NOR FLAH运行，记得在编译u-boot执行修改环境变量地址：
/* 保存环境变量到NOR FLASH */ #if 1 #define CONFIG_ENV_ADDR (CONFIG_SYS_FLASH_BASE + 0x080000) #define CONFIG_ENV_IS_IN_FLASH #define CONFIG_ENV_SIZE 0x10000 #else /* 保存环境变量到NAND FLASH */ #define CONFIG_ENV_IS_IN_NAND /* U-Boot env in NAND Flash */ #define CONFIG_ENV_SIZE 0x20000 //128kb #define CONFIG_ENV_OFFSET 0x80000 //给uboot预留512kb #endif
我们将编译后的u-boot下载到NOR FALSH中运行，以NOR方式启动：
并在命令行输入print，查看所有环境变量：
SMDK2440 # print baudrate=115200 bootdelay=5 ethact=dm9000 ethaddr=00:0c:29:d3:fe:1d ipaddr=192.168.0.188 mtddevname=u-boot mtddevnum=0 mtdids=nand0=Mini2440-0 mtdparts=mtdparts=Mini2440-0:512k(u-boot),128k(params),4m(kernel),-(rootfs); netmask=255.255.255.0 partition=nand0,0 serverip=192.168.0.200 stderr=serial stdin=serial stdout=serial Environment size: 355/65532 bytes
如果我们去修改环境变量，保存到NOR FLASH是可以保存成功的，由于第一节已经演示了这种方式，这里就不再演示。
3.8 下载到NAND FLASH运行
下载到NOR FLAH运行，记得在编译u-boot执行修改环境变量地址：
/* 保存环境变量到NOR FLASH */ #if 0 #define CONFIG_ENV_ADDR (CONFIG_SYS_FLASH_BASE + 0x080000) //给uboot预留512kb #define CONFIG_ENV_IS_IN_FLASH #define CONFIG_ENV_SIZE 0x10000 #else /* 保存环境变量到NAND FLASH */ #define CONFIG_ENV_IS_IN_NAND /* U-Boot env in NAND Flash */ #define CONFIG_ENV_SIZE 0x20000 //128kb #define CONFIG_ENV_OFFSET 0x80000 //给uboot预留512kb #endif
我们首先向NOR FALSH烧入Mini2440商家原有的Superboot2440.bin，然后设置从NOR启动，我们搭配MiniTools将u-boot.bin代码下载到NAND运行：
需要注意的是使用MiniTools下载程序，好像文件大于256kb，MiniTools就无法下载成功。但是这里我们的u-boot裁切到246kb。可以下载成功。
开发板以NAND方式启动：
我们发现了一个奇怪的现象，同一个程序，NOR启动和NAND启动输出信息不一样。在NAND启动方式中，输出Flash: 0 Bytes。
这主要是因为NAND启动时，片内SRAM被映射到nGCS0片选的空间，此时导致NOR FLASH失效，因此在flash_detect_legacy()读取NOR FLASH信息时，读取到的实际是片内SRAM内存的值。
在命令行输入print，查看所有环境变量：
SMDK2440 # print baudrate=115200 bootdelay=5 ethact=dm9000 ethaddr=08:00:3e:26:0a:5b ipaddr=192.168.0.188 mtddevname=u-boot mtddevnum=0 mtdids=nand0=Mini2440-0 mtdparts=mtdparts=Mini2440-0:512k(u-boot),128k(params),4m(kernel),-(rootfs); netmask=255.255.255.0 partition=nand0,0 serverip=192.168.0.200 stderr=serial stdin=serial stdout=serial Environment size: 355/65532 bytes
我们尝试修改环境变量，并保存：
SMDK2440 # set ipaddr 192.168.1.1 SMDK2440 # save Saving Environment to NAND... Erasing NAND... Erasing at 0x80000 -- 100% complete. Writing to NAND... OK SMDK2440 #
四、代码下载
Young / s3c2440_project[u-boot-2016.05-crop]
参考文章
