U-Boot 之三 U-Boot 源码文件解析及移植过程详解
??在之前的博文 Linux 之八 完整嵌入式 Linux 環(huán)境介紹及搭建說(shuō)明 中我們說(shuō)了要一步步搭建整個(gè)嵌入式 Linux 運(yùn)行環(huán)境。我所使用的硬件平臺(tái)及整個(gè)要搭建的嵌入式 Linux 環(huán)境見博文 Linux 之八 完整嵌入式 Linux 環(huán)境介紹及搭建說(shuō)明，這里的編譯都是基于以上環(huán)境的，就不過(guò)多說(shuō)明了。
??這篇博文我們僅僅關(guān)注 U-Boot 源碼及移植過(guò)程本身，想要吃透 U-Boot，有太多東西需要學(xué)習(xí)！最開始我想放到一篇文章中，寫著寫著內(nèi)容越來(lái)越多，最終超過(guò)了 CSDN 編輯器的限制。。。最終決定把內(nèi)容拆分成多篇文章。你可能需要：
U-Boot
??說(shuō)白了 U-Boot 其實(shí)就是一裸板程序，這個(gè)程序最主要的一個(gè)功能就是傳遞內(nèi)核參數(shù)，跳轉(zhuǎn)內(nèi)核。當(dāng)然除了跳轉(zhuǎn)到內(nèi)核，U-Boot 本身還實(shí)現(xiàn)了其他一些功能（U-Boot 命令），以方便大家進(jìn)行各種操作。
??看過(guò)我之前的博文，或者使用過(guò) STM32 實(shí)現(xiàn)過(guò)在線升級(jí)的人應(yīng)該都知道，我們通常的在線升級(jí)是 IAP + APP 這個(gè)模式，其中的 IAP 一個(gè)主要功能就是跳轉(zhuǎn)到 APP，這就和 U-Boot 功能是一樣的。
??注意，本身無(wú)論是 U-Boot 還是 Linux Kernel，他們都支持多種架構(gòu)的多種 CPU，也因此，代碼中會(huì)有各種架構(gòu)各種 CPU 相關(guān)的代碼，我后續(xù)的內(nèi)容主要以 STM32F769I 為例來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。STM32F769I 采用的是 ARM Cortex-M7 的核心，指令集架構(gòu)是 ARMv7m。
??在眾多支持中，ARM 是最麻煩的一個(gè)。因?yàn)?ARM 賣 IP 且市場(chǎng)占有率相當(dāng)高，導(dǎo)致產(chǎn)生了非常多的 ARM 核心的廠商，這些廠商會(huì)有自己的改動(dòng)，進(jìn)一步導(dǎo)致了 U-Boot 的 ARM 架構(gòu)文件夾（./arch/arm）下有非常多的 mach-xxx 文件夾。
??通過(guò)上面的圖我們可以知道，U-Boot 對(duì)于眾多架構(gòu)的支持已經(jīng)到達(dá)了開發(fā)板級(jí)別。對(duì)于一些常用的開發(fā)板，U-Boot 直接實(shí)現(xiàn)了對(duì)他們的支持，也就意味著 U-Boot 可以直接在這些開發(fā)板上運(yùn)行。具體到 ST 系列則有以下這些被支持：
正好 U-Boot 沒有提供對(duì)于我使用的 STM32F769i-EVAL 板子的支持，后續(xù)的移植章節(jié)我就添加對(duì)于 STM32F769i-EVAL 板子的支持。以此來(lái)介紹 U-Boot 的具體移植步驟。
SPL/TPL
??SPL 即 Secondary Program Loader 的縮寫，中文就是第二段程序加載器。這里的第二段程序其實(shí)就是指的 U-Boot，也就是，SPL 是第一段程序，優(yōu)先執(zhí)行，然后他再去加載 U-Boot。那么 U-Boot 本身已經(jīng)是一個(gè)bootloader了，為啥要有 SPL 這個(gè)東西的存在呢？
??這個(gè)主要原因是對(duì)于一些 MCU 來(lái)說(shuō)，它的內(nèi)部 SRAM 可能會(huì)比較小，小到無(wú)法裝載下一個(gè)完整的 U-Boot 鏡像，那么就需要SPL，它主要負(fù)責(zé)初始化外部 RAM 運(yùn)行環(huán)境，并加載真正的 U-Boot 鏡像到外部 RAM 中來(lái)執(zhí)行。這里其實(shí)還有個(gè)問(wèn)題需要注意，U-Boot 在設(shè)計(jì)上需要將自身（并不一定是所有代碼）復(fù)制到 RAM 執(zhí)行的！
??SPL 并不一定需要。具體需不需要 SPL 這個(gè)和芯片的設(shè)計(jì)有關(guān)系（或者說(shuō)和使用的開發(fā)板有關(guān)系）。同樣以我這里使用 STM32F769i-EVAL 板子來(lái)說(shuō)，就是需要 SPL 的。具體參看 使用章節(jié)的說(shuō)明。
??TPL 即 Tertiary Program Loader 的縮寫，中文就是第三段程序加載器。根據(jù)官方文檔，TPL 本身屬于 SPL 的精簡(jiǎn)，代碼就在 SPL 代碼中，通過(guò)宏 CONFIG_TPL_BUILD 來(lái)區(qū)分，而且，現(xiàn)在只有 powerpc 的 mpc85xx 有這個(gè)要求并將實(shí)現(xiàn)它。TPL 我之前也沒接觸過(guò)，不是很了解，有了解的歡迎評(píng)論區(qū)給出指導(dǎo)。
源碼目錄說(shuō)明
??U-Boot 源碼的的文檔全部位于源碼根目錄的 doc 目錄下。官方網(wǎng)站上也有非常詳細(xì)的文檔 http://www.denx.de/wiki/U-Boot/Documentation。不過(guò)，源碼根目錄下的 README 應(yīng)該算是一個(gè)最詳細(xì)的介紹文檔了。源碼中各文件的層級(jí)結(jié)構(gòu)可以參考下圖：
下面是對(duì) U-Boot 源代碼中各個(gè)目錄的一個(gè)簡(jiǎn)介：
編譯產(chǎn)生的最終文件
??成功編譯之后，就會(huì)在 U-Boot 源碼的根目錄下產(chǎn)生多個(gè)可執(zhí)行二進(jìn)制文件以及編譯過(guò)程文件，這些文件都是 u-boot.xxx 的命名方式。這些文件由一些列名為 .xxx.cmd 的文件生成，.xxx.cmd 這些文件都是由編譯系統(tǒng)產(chǎn)生的用于處理最終的可執(zhí)行程序的。注意，這里寫文件有沒有與 make menuconfig 中的配置有關(guān)系。
- u-boot： 這個(gè)文件是編譯后產(chǎn)生的 ELF 格式的 U-Boot 鏡像文件，后續(xù)的文件都是由它產(chǎn)生的！由 .u-boot.cmd 這個(gè)命令腳本產(chǎn)生。
- u-boot-nodtb.bin： 這文件是使用編譯工具鏈的 objcopy 工具從 u-boot 這個(gè)文件中提取來(lái)的，它只包含可執(zhí)行的二進(jìn)制代碼。就是把 u-boot 這個(gè)文件中對(duì)于執(zhí)行不需要的節(jié)區(qū)刪除后剩余的僅執(zhí)行需要的部分。由 .u-boot-nodtb.bin.cmd 這個(gè)命令腳本產(chǎn)生。
- u-boot.bin： 就是把 u-boot-nodtb.bin 重命名得到的。由 .u-boot.bin.cmd 這個(gè)命令腳本產(chǎn)生。
- u-boot-dtb.bin： 在 u-boot-nodtb.bin 后面拼接上設(shè)備樹后形成的文件。由 .u-boot-dtb.bin.cmd 這個(gè)命令腳本產(chǎn)生。
- u-boot.img： 在 u-boot-nodtb.bin 后面拼接上設(shè)備樹后形成的文件。由 .u-boot.img.cmd 這個(gè)命令腳本產(chǎn)生。
- u-boot-nodtb.img： 由 .u-boot-nodtb.bin.cmd 這個(gè)命令腳本產(chǎn)生。
- u-boot-dtb.img： 由 .u-boot.img.cmd 這個(gè)命令腳本產(chǎn)生。
- u-boot.srec： S-Record 格式的鏡像文件。由 .u-boot.srec.cmd 這個(gè)命令腳本產(chǎn)生。
- u-boot.sym： 編譯過(guò)程中的符號(hào)文件。由 .u-boot.sym.cmd 這個(gè)命令腳本產(chǎn)生。
- u-boot.lds： 編譯使用的鏈接腳本文件。由 .u-boot.lds.cmd 這個(gè)命令腳本產(chǎn)生。
- u-boot.map： 編譯的內(nèi)存映射文件。
Kconfig 及 Makefile 文件
??Kconfig 及 Makefile 文件幾乎在每個(gè)目錄下都會(huì)有，關(guān)于這些文件在博文 U-Boot 之四 配置構(gòu)建過(guò)程（Kconfig、Kuild）詳解 中單獨(dú)進(jìn)行說(shuō)明。
移植過(guò)程
??要使用 U-Boot，首先要確定 U-Boot 是否支持我們的使用芯片（開發(fā)板）。這就需要查看 ./config 目錄下有沒有對(duì)應(yīng)的配置文件，或者說(shuō)有沒有類似的配置文件。如果直接有（對(duì)于一些通用的平臺(tái)，U-Boot 已經(jīng)添加好了一些默認(rèn)配置），那么恭喜可以省事很多；如果沒有（如果是自己畫的板子，指定是沒有），后續(xù)就牽扯到自己移植修改代碼。
??正好 U-Boot 沒有提供對(duì)于我使用的 STM32F769i-EVAL 板子的支持，我這里就添加對(duì)于 STM32F769i-EVAL 板子的支持。以此來(lái)介紹移植過(guò)程。移植后的 U-Boot 代碼放到了Github 上：https://github.com/ZCShou/U-Boot-STM32。具體步驟如下：
??具體到我這里使用的 STM32F769i-EVAL 板子，使用的 STM32F769 設(shè)備樹沒有，但是有個(gè)類似的 STM32F769i-disco 的設(shè)備樹，所以我這里就依據(jù) STM32F769i-disco 添加 STM32F769-eval 相關(guān)設(shè)備樹。具體更改如下：
其中 stm32f769.dtsi 就是 stm32f746.dtsi 改名字，下面是各設(shè)備數(shù)文件的包含關(guān)系示意圖：
這里有個(gè)重點(diǎn)注意事項(xiàng)就是 其中的 compatible 的內(nèi)容，驅(qū)動(dòng)使用該項(xiàng)的內(nèi)容來(lái)進(jìn)行匹配，隨意更改可能導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)無(wú)法識(shí)別！！舉例如下：
??具體到我這里使用的 STM32F769i-EVAL 板子，原來(lái)已經(jīng)存在 arch/arm/mach-stm32/stm32f7/Kconfig 了，我只是在其中添加自己的更改，具體如下：
這里可以看到，他又引用了 board/st/stm32f769-eval/Kconfig 這個(gè)后面步驟我們會(huì)建立它。
??至于 arch/arm/mach-xxx/xxx 和 arch\arm\include\asm\xxx 下的代碼文件都需要增加哪些，這個(gè)就需要參考其他 U-Boot 已支持的 CPU 來(lái)決定（主要是我們找到相關(guān)資料介紹需要增加哪些）。我這里不需要更改。
??這里也有一個(gè)注意事項(xiàng)，在我們添加了新的配置之后，原來(lái) U-Boot 的配置系統(tǒng)中的配置項(xiàng)可能有依賴關(guān)系，要確保自己新增的配置也添加到依賴項(xiàng)里面，舉例如下：
??具體到我這里使用的 STM32F769i-EVAL 板子，原來(lái)已經(jīng)存在 arch/arm/mach-stm32/Kconfig 了，這里也已經(jīng)被添加到了 arch\arm\Kconfig 文件中，如下圖所示：
至于 arch/arm/Makefile 由于我這里沒有任何新增文件，因此不需要改動(dòng)。
??具體到我這里使用的 STM32F769i-EVAL 板子，原來(lái)已經(jīng)存在 arch/arm/Kconfig 了，這里我就不需要改動(dòng)了。至此架構(gòu)中的移植就完成了，接下來(lái)就開始具體添加一些板子相關(guān)的文件。
??具體到我這里使用的 STM32F769i-EVAL 板子，我參考 stm32f746-disco 新建了 stm32f769-eval，然后修改了其中各文件的內(nèi)容，具體如下：
??這里需要注意，在 CPU 的 Kconfig 中有可能已經(jīng)直接引用了開發(fā)板的 Kconfig，而 CPU 的 Kconfig 又被包含到了架構(gòu)一級(jí)的 Kconfig 文件，因此，如果有這個(gè)包含關(guān)系，這里就不用再次引入開發(fā)板的 Kconfig 了。例如 STM32F769-disco 的包含關(guān)系如下：
??具體到我這里使用的 STM32F769i-EVAL 板子，我這里新增的 stm32f769-eval 也是以上這種情況。
??具體到我這里使用的 STM32F769i-EVAL 板子，我直接依據(jù) stm32f746-disco.h 新建了 stm32f769-eval.h，并修改了其中的內(nèi)容：
這個(gè)文件會(huì)在編譯過(guò)程中被引入到我們上面添加的板子相關(guān)文件（如果你直接搜索，會(huì)發(fā)現(xiàn)根本沒有引用它的地方）。
??具體到我這里使用的 STM32F769i-EVAL 板子，我直接依據(jù) stm32f769-disco_defconfig 新建了 stm32f769-eval_defconfig，然后更改了其中的內(nèi)容：
??以上步驟基本把移植過(guò)程介紹了差不多，如果想要完整的移植到新板子，要修改的內(nèi)容還有很多（例如，新增驅(qū)動(dòng)，設(shè)備樹修改等等）。通常情況的移植往往是參考一個(gè)近似來(lái)對(duì)比添加更改。
整理
??由于 U-Boot 源碼文件眾多，而具體到某一平臺(tái)（開發(fā)板）之后，其中的大多數(shù)文件我們根本不需要。為了學(xué)習(xí)的方便，剔除無(wú)用文件，僅僅保留我們需要的文件對(duì)于我們學(xué)習(xí)將有很大幫助。如果可以正常整理出需要的源代碼，那基本對(duì)于 U-Boot 的文件結(jié)構(gòu)掌握差不多了。
??由于 U-Boot 很多文件是編譯過(guò)程中產(chǎn)生的，如何有效提取成了個(gè)問(wèn)題。我在網(wǎng)上看到有個(gè)網(wǎng)友搞了一個(gè)可以根據(jù)編譯過(guò)程提取源代碼的腳本：https://github.com/tonyho/Generate_Kernel_Uboot_Project_forIDE，但是經(jīng)過(guò)我嘗試，發(fā)現(xiàn)并不是很準(zhǔn)確，但基本可以用。
??此外，如果使用的是 VSCode 來(lái)查看代碼，可以直接在 .vsoce/settings.json 中使用以下配置以使 VSCode 不顯示相關(guān)目錄及文件
{"files.exclude": {"**/.git": true,"**/.svn": true,"**/.hg": true,"**/CVS": true,"**/.DS_Store": true,"**/.gitignore": true,"**/*.o": true,"**/*.su": true,"**/*.dtb": true,"**/*.cmd": true,"**/*mips*": true,"**/*powerpc*": true,"**/*riscv*": true,"Licenses": true,".git*": true,".stamp*": true,"*.yml": true,// 排除不使用的架構(gòu)"arch/{arc,m68k,microblaze,mips,nds32,nios2,powerpc,riscv,sandbox,sh,x86,xtensa}": true,// 排除 arch/arm/ 中無(wú)關(guān)目錄及文件"arch/arm/mach-[^s]*": true,"arch/arm/mach-s[^t]*": true,"arch/arm/mach-st[^m]*": true,"arch/arm/mach-stm32[$^m]*": true,"arch/arm/mach-stm32/stm32[^f]*": true,"arch/arm/mach-stm32/stm32f[^7]*": true,// 排除 arch/arm/cpu/* 無(wú)關(guān)目錄及文件"arch/arm/cpu/{arm11,arm720t,arm920t,arm946es,arm1136,arm1176,armv7,arm926ejs,armv8,pxa,sa1100}": true,// 排除 arch/arm/dts/* 無(wú)關(guān)目錄及文件"arch/arm/dts/[^s|^M|^i]*": true,"arch/arm/dts/i[^n]*": true,"arch/arm/dts/s[^t]*": true,"arch/arm/dts/st[^m]*": true,"arch/arm/dts/stm32[^f]*": true,"arch/arm/dts/stm32f[^7]*": true,"arch/arm/dts/stm32f7[^6|^4|^-]*": true,"arch/arm/dts/stm32f746[^.]*": true,"arch/arm/dts/stm32f769-[^e]*": true,// 排除 arch/arm/include/asm 無(wú)關(guān)目錄及文件"arch/arm/include/asm/{arch-[t-z]*,arch-[b-r]*,*-common,xen,mach-imx,arch-sunxi,arch-stv0991,arch-stm32h7,arch-stm32f4,arch-stih410,arch-sa1100,arch-aspeed,arch-am33xx,arch-armada8k,arch-armada100,armv8}": true,// 排除 board/* 無(wú)關(guān)目錄及文件"board/[^s]*": true,"board/s[^t]*": true,"board/ste": true,"board/sto*": true,"board/st/st[^m]*": true,"board/st/stm32[^f]*": true,"board/st/stm32f[^7]*": true,"board/st/stm32f7[^6]*": true,// 排除 include/configs/* 無(wú)關(guān)目錄及文件"include/configs/[^s]*": true,"include/configs/s[^t]*": true,"include/configs/st[^m]*": true,"include/configs/stm[^3]*": true,"include/configs/stm32[^f]*": true,"include/configs/stm32f[^7]*": true,"include/configs/stm32f7[^6]*": true,// 排除 configs/* 中無(wú)關(guān)目錄及文件"configs/[^s]*": true,"configs/s[^t]*": true,"configs/st[^m]*": true,"configs/stm[^3]*": true,"configs/stm32[^f]*": true,"configs/stm32f[^7]*": true,"configs/stm32f7[^6]*": true,"configs/stm32f769-[^e]*": true,} }參考
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的U-Boot 之三 U-Boot 源码文件解析及移植过程详解的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。
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