Uboot學習筆記（二）Exynos4412啓動過程分析

簡介

注意：這部分不具有普適性，僅針對Exynos4412芯片，不同的芯片會有不同的啓動方式，但是都是比較類似的，會有細節上的不同。
這次Uboot的學習筆記我打算分爲4個部分。分別是Exynos4412啓動過程分析、Uboot編譯過程分析、Uboot啓動過程分析和Uboot引導內核分析。將對4412芯片從上電到加載Linux內核鏡像的過程進行分析，我的主要參考資料就是訊爲的視頻以及手冊、三星原廠datasheet以及網絡上的博客。
首先要指出不同的處理器在加載起Uboot前的操作是區別巨大的，不同的芯片會有不同的設計模式，啓動過程是各不相同的，但是加載起Uboot後的流程就區別不大了，所以我們學習的重點應該是Uboot的啓動過程分析和Uboot引導內核的分析；Uboot的編譯流程不同處理器的區別也不大，但這部分總的來說比較簡單；對於4412的啓動過程我們做到了解即可，這部分不同處理器的差別巨大，沒必要死扣一種。
這篇博客會分析Exynos4412的啓動過程，說實話Exynos4412的啓動過程是比較複雜的，三星在其中加入了自己的不開源加密文件，一個Uboot最終鏡像被分割成了四個部分，相比較來說imx6ull就會比較簡單（其實我也只是大概看了看，板子還沒有到手，到手以後會進行分析）。
Exynos4412的Uboot鏡像由四個部分組成（EMMC啓動模式），注意：下圖十分關鍵

除此以外還有一個在芯片內固化的重要存儲區域：iROM，這篇博客主要分析的是U-boot加載起來以前的部分，所以我們要分析iROM的流程、BL1的流程以及BL2的流程。
我們先放一張啓動的總體流程圖

這張圖片就是4412的整體啓動流程，首先iROM會讀取OM Pin來獲取系統的啓動加載方式，在iROM中還會進行一系列的初始化，在iROM的最後會對BL1的代碼進行校驗，校驗成功後會把BL1的代碼搬到Internal SRAM（內部SRAM）中執行，在BL1的最後會將OS（這裏的OS可能指的是用戶代碼而不是操作系統，因爲我們一般還會有BootLoader，在BootLoader的最後纔會加載操作系統）搬到外部的DRAM中運行，這是整個系統就跑起來了，我們可以看到BL1的OS代碼是放在外部的存儲介質中的，所以在iROM代碼中最重要的是完成對Controller的初始化，這樣才能從啓動介質中讀出BL1和以後的代碼。接下來我們對三個部分的代碼進行詳細的分析。

iROM

iROM是從地址0x0000_0000開始的一段地址空間，存放着被固化的三星寫好的程序。

iROM中的代碼會給板子搭建起執行arm代碼的基本環境，並從存儲介質（Nand、SD/MMC、eMMC、USB OTG）中下載BL1的代碼並進行校驗
執行流程如下：

• Disable watchdog：關閉看門狗，在Uboot中不用進行喂狗操作
• Disable IRQ’s and MMU：關閉中斷控制器和內存管理單元（MMU）
• Disable D-cache, Enable I-cache：關閉數據Cache，使能指令Cache
• Flush TLB’s and Invalidate caches：刷新TLB並失效caches
• Make CORE1 idle：使其他核進入空閒狀態，只讓CPU0運行
• Deep-stop or AFTR：這個是判斷是否在待機喚醒狀態，如果是的話直接跳轉到BL1（快速啓動）
• Initialize Stack (IRQ, SVC)：設置IRQ和SVC模式的棧空間(通過片內的ram來設置棧地址，0x0202_0100)
• Initialize ZI/RW：初始化iROM程序中的一些變量(RW(read/write)是程序中的已初始化變量；ZI(zero)是程序中的未初始化的變量)
• Register the function pointers：導出一些核心函數，這裏的函數主要是一些讀寫函數（用於讀寫存放BL1的存儲介質），函數如下：
  
• Get the reset status：獲取復位狀態
• Set the clock divider & Set PLLs：設置時鐘分頻和鎖相環
• Get bootmode (OM pin)：獲取BOOT模式（四種介質中的哪一種），選擇方式如下，注意OM[6]是永遠拉低的
  
• 接下來的就是從介質中下載BL1，然後進行校驗，校驗成功的話就跳轉到BL1執行
  

BL1的格式如上圖所示，Check Sum和Verify BL1的操作就是通過在BL1的Header裏放着checksum value，iROM通過計算校驗和並和Header裏的checksum value進行比較。
Decrypt BL1是通過密鑰來解密鏡像，使用 RSA（Rivest-Shamir-Adleman）公鑰加密算法；AES（高級加密標準）塊加密算法

我們在上圖中可以看到4412中是有一小塊內部SRAM的（256K），這段內存是不需要進行初始化的，可以直接使用，所以在iROM程序的最後就會將BL1拷貝到這段內部SRAM中運行
具體的片內內存情況如下：

這段內部SRAM從0x0202_0000開始，這個圖其實還是有點問題的，BL1上寫的是8K，這其實是4212的內存分佈圖，從0x0202_0000開始的5K是相同的，分別放着

• 設備ID、iROM版本、函數指針
• iROM棧
• iROM中初始化的變量

BL1

BL1是由三星提供的二進制文件，是沒有源碼的，主要是爲了系統的安全才這麼設置，這個是比其它芯片多出來的一個部分（聽說ST的芯片好像也有這個部分）
BL1中的流程如下圖：

• 判斷是否爲在待機喚醒狀態，如果是的話直接跳轉到BL2（快速啓動）
• 從啓動設備中讀取BL2代碼
• 判斷是否是sleep喚醒操作，如果是就直接跳轉到BL2，否則繼續執行
• 進行安全性檢查和判斷完整性，這裏根據下圖看到BL2其實包含了BL2 Binary+Checksum+Signature+Padding，根據Signature去進行安全檢查，根據Checksum去判斷完整性：
  

BL2

在BL1中對BL2進行檢查成功後跳轉到BL2執行，具體執行流程圖如下：

它的執行流程與BL1的流程類似，但是多出了設置時鐘和初始化DRAM的過程