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基础简介

Feature

v2017(next-dev) 是 RK 从 U-Boot 官方的 v2017.09 正式版本中切出来进行开发的版本，目前已经支持 RK 所有主流在售芯片。支持的功能主要有：

支持 RK Android 固件启动；
支持 Android AOSP 固件启动；
支持 Linux Distro 固件启动；
支持 Rockchip miniloader 和 SPL/TPL 两种 Pre-loader 引导；
支持 LVDS、EDP、MIPI、HDMI、CVBS、RGB 等显示设备；
支持 eMMC、Nand Flash、SPI Nand flash、SPI NOR flash、SD 卡、 U 盘等存储设备启动；
支持 FAT、EXT2、EXT4 文件系统；
支持 GPT、RK parameter 分区表；
支持开机 LOGO、充电动画、低电管理、电源管理；
支持 I2C、PMIC、CHARGE、FUEL GUAGE、USB、GPIO、PWM、GMAC、eMMC、NAND、Interrupt 等；
支持 Vendor storage 保存用户的数据和配置；
支持 RockUSB 和 Google Fastboot 两种 USB gadget 烧写 eMMC；
支持 Mass storage、ethernet、HID 等 USB 设备；
支持通过硬件状态动态选择 kernel DTB；

Version

RK 的 U-Boot 一共有两个版本：v2014旧版本和v2017新版本，内部名称分别为rkdevelop和next-dev。用户有两个方式确认当前U-Boot是否为v2017版本。

方式1：确认根目录Makefile的版本号是否为2017。

#
# SPDX-License-Identifier:      GPL-2.0+
#

VERSION = 2017
PATCHLEVEL = 09
SUBLEVEL =
EXTRAVERSION =
NAME =
......

方式2：确认开机第一行正式打印是否为 U-Boot 2017.09。

U-Boot 2017.09-01818-g11818ff-dirty (Nov 14 2019 - 11:11:47 +0800)
......

项目开源：v2017已开源且定期更新到Github：https://github.com/rockchip-linux/u-boot

内核版本：v2017要求RK内核版本 >= 4.4

DM

DM (Driver Model) 是 U-Boot 标准的 device-driver 开发模型，跟 kernel 的 device-driver 模型非常类似。v2017版本也遵循 DM 框架开发各功能模块。建议读者先阅读DM文档，了解DM架构原理和实现。

README：

./doc/driver-model/README.txt

Terminology
-----------

Uclass - a group of devices which operate in the same way. A uclass provides
         a way of accessing individual devices within the group, but always
         using the same interface. For example a GPIO uclass provides
         operations for get/set value. An I2C uclass may have 10 I2C ports,
         4 with one driver, and 6 with another.

Driver - some code which talks to a peripheral and presents a higher-level
         interface to it.

Device - an instance of a driver, tied to a particular port or peripheral.

简要概括：

uclass：设备驱动模型
driver：驱动
device：设备

核心代码：

./drivers/core/

Security

U-Boot在ARM TrustZone的安全体系中属于Non-Secure World，无法直接访问任何安全的资源（如：安全 memory、安全 otp、efuse...），需要借助 trust 间接访问。RK平台上U-Boot的CPU运行模式：

32位平台： Non-Secure PL1
64位平台： EL2(Always be Non-Secure)

Boot-order

RK平台根据前级Loader代码是否开源，目前有两套启动方式：

// 前级loader闭源
BOOTROM => ddr bin => Miniloader => TRUST => U-BOOT => KERNEL
// 前级loader开源
BOOTROM => TPL => SPL => TRUST => U-BOOT => KERNEL

TPL 相当于 ddr bin，SPL 相当于 miniloader。TPL+SPL 的组合实现了跟 RK 闭源 ddr.bin+miniloader 一致的功能，可相互替换。

Driver-probe

U-Boot虽然引入了device-driver开发模型，但初始化阶段不会像kernel那样自动发起已注册device-driver的probe。driver的probe必须由用户主动调用发起。接口如下：

int uclass_get_device(enum uclass_id id, int index, struct udevice **devp);
int uclass_get_device_by_name(enum uclass_id id, const char *name,
                              struct udevice **devp);
int uclass_get_device_by_seq(enum uclass_id id, int seq, struct udevice **devp);
int uclass_get_device_by_of_offset(enum uclass_id id, int node, struct udevice **devp);
int uclass_get_device_by_ofnode(enum uclass_id id, ofnode node, struct udevice **devp);
int uclass_get_device_by_phandle_id(enum uclass_id id,
									int phandle_id, struct udevice **devp);
int uclass_get_device_by_phandle(enum uclass_id id,
								 struct udevice *parent, struct udevice **devp);
int uclass_get_device_by_driver(enum uclass_id id,
								const struct driver *drv, struct udevice **devp);
int uclass_get_device_tail(struct udevice *dev, int ret, struct udevice **devp);
......

上述接口的核心调用：

int device_probe(struct udevice *dev);  // 建议用户一定要了解内部实现！

Shell

U-Boot的Shell叫CLI(cmdline line interface)，即命令行模式，用户可以根据自己需求自定义CMD。CMD除了通过Shell调用，还能通过run_command()和run_command_list()以代码的形式调用。

int run_command(const char *cmd, int flag)
int run_command_list(const char *cmd, int len, int flag)

Boot-Command

U-Boot 最终通过CONFIG_BOOTCOMMAND定义的启动命令引导kernel。在执行CONFIG_BOOTCMD之前还会执行CONFIG_PREBOOT预启动命令，通常这个命令定义为空。

TPL/SPL/U-Boot-proper

U-Boot 通过使用不同的编译条件可以用同一套代码获取三种不同功能的Loader：TPL/SPL/U-Boot-proper。

TPL(Tiny Program Loader)和 SPL(Secondary Program Loader)是比 U-Boot 更早阶段的 Loader：

TPL：运行在 sram 中，负责完成 ddr 初始化；
SPL：运行在 ddr 中，负责完成系统的 lowlevel 初始化、后级固件加载（trust.img 和 uboot.img）；
U-Boot proper：运行在ddr中，即我们通常所说的"U-Boot"，它负责引导kernel；

说明：U-Boot proper 这一说法主要是为了和 SPL 区分开。出于习惯，后续章节提到的 U-Boot proper 我们都简称为 U-Boot。

启动流程：

BOOTROM => TPL(ddr bin) => SPL(miniloader) => TRUST => U-BOOT => KERNEL

更多参考：doc/README.TPL 和 doc/README.SPL

Build-Output

U-Boot编译成功后会在根目录下生成一些重要文件（支持TPL/SPL编译时才有TPL/SPL的生成文件）：

// U-Boot阶段
./u-boot.map            // MAP表文件
./u-boot.sym            // SYMBOL表文件
./u-boot                // ELF文件，类同内核的vmlinux（重要！）
./u-boot.dtb            // u-boot自己的dtb文件
./u-boot.bin            // 可执行二进制文件，会被打包成uboot.img用于烧写

// SPL阶段
./spl/u-boot-spl.map    // MAP表文件
./spl/u-boot-spl.sym    // SYMBOL表文件
./spl/u-boot-spl        // ELF文件，类同内核的vmlinux（重要！）
./spl/u-boot-spl.dtb    // spl自己的dtb文件
./spl/u-boot-spl.bin    // 可执行二进制文件，会被打包成loader用于烧写

// TPL阶段
./tpl/u-boot-tpl.map    // MAP表文件
./tpl/u-boot-tpl.sym    // SYMBOL表文件
./tpl/u-boot-tpl        // ELF文件，类同内核的vmlinux（重要！）
./tpl/u-boot-tpl.dtb    // tpl自己的dtb文件
./tpl/u-boot-tpl.bin    // 可执行二进制文件，会被打包成loader用于烧写

Environment-Variables

ENV(Environment-Variables) 是U-Boot支持的一种全局数据管理和传递方式，原理是构建一张HASH映射表，把用户的数据以"键值-数据" 作为表项进行管理。

EVN 通常用于定义平台配置参数：固件加载地址、网络配置（ipaddr、serverip）、bootcmd、bootargs等，用户可以在命令行下使用printenv命令打印出来。

用户可选择是否把ENV数据保存到本地存储上
ENV数据仅限于U-Boot使用，无法直接传递给内核、内核也无法直接解析
用户层可以通过U-Boot提供的fw_printenv工具访问ENV数据

RK 平台上 ENV 数据的存储地址和大小定义如下（单位：字节）：

if ARCH_ROCKCHIP
config ENV_OFFSET
        hex
        depends on !ENV_IS_IN_UBI
        depends on !ENV_IS_NOWHERE
        default 0x3f8000
        help
          Offset from the start of the device (or partition)

config ENV_SIZE
        hex
        default 0x8000
        help
          Size of the environment storage area
endif

U-Boot DTS

U-Boot有自己的DTS文件，编译时会自动生成相应的DTB文件，被添加在u-boot.bin末尾。文件目录：

arch/arm/dts/

各平台具体使用哪个DTS文件，通过defconfig中的 CONFIG_DEFAULT_DEVICE_TREE 指定。

Relocation

通常在开机阶段，U-Boot由前一级的bootloader加载到DRAM的低地址。U-Boot完成board_f.c 的流程后会把自己重定向到内存末尾某个预留的地址上（称为relocation，这个地址根据U-Boot内存布局而定），完成relocation再继续完成board_r.c 流程。可以通过开机信息识别：

U-Boot 2017.09-gabfd1c5e3d-210202-dirty #cjh (Mar 08 2021 - 16:57:31 +0800)

Model: Rockchip RK3568 Evaluation Board
PreSerial: 2, raw, 0xfe660000
DRAM:  2 GiB
Sysmem: init
// relocate到ddr首地址偏移0x7d304000的地址。如果为0，则没有做relocation。
Relocation Offset: 7d304000, fdt: 7b9f8ed8
Using default environment
......

Feature​

Version​

DM​

Security​

Boot-order​

Driver-probe​

Shell​

Boot-Command​

TPL/SPL/U-Boot-proper​

Build-Output​

Environment-Variables​

U-Boot DTS​

Relocation​