關(guān)于d1哪吒開發(fā)板的啟動流程分析
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關(guān)于d1哪吒開發(fā)板的啟動流程分析
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1.本文概述
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2.D1上電后啟動的第一個程序
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3.啟動SPL
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4.啟動opensbi
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5.裸機程序的編寫
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6.小結(jié)
1.本文概述
從RISCV生態(tài)的角度上來看，D1哪吒開發(fā)板確實是一塊不錯的可以研究很深的開發(fā)板。本文主要從研究D1啟動流程的角度出發(fā)，探索一下D1的裸機開發(fā)實踐。對于研究D1的底層裸機開發(fā)，首先需要知道可以玩那些東西，也可以對RISCV相關(guān)的軟件生態(tài)有比較透徹的理解，本文會從spl階段到opensbi階段以及后續(xù)階段做一個簡單的分析。
2.D1上電后啟動的第一個程序
D1上電后，首先啟動一個(Boot ROM)BROM。根據(jù)芯片手冊的描述，該BROM的啟動地址是0地址處開始啟動。
一共是48KB的內(nèi)存空間用于運行BROM，那么這個BROM做了哪些事情？首先它根據(jù)efuse和GPIO選擇了啟動的媒體類型。支持的啟動方式有
- SD card
- eMMC
- SPI NOR Flash
- SPI NAND Flash
并且可以根據(jù)GPIO的選擇和Efuse的選擇決定啟動的模式。同時也支持USB的啟動方式，這就為fel啟動方式做了很好鋪墊。
總的說來，BROM就是從其他的介質(zhì)中讀取SPL，然后放到SRAM中執(zhí)行，同時也通過FEL運行環(huán)境。
3.啟動SPL
當BROM啟動完成后，接下來要去存儲介質(zhì)中尋找SPL的程序，這部分可以通過對全志D1 SDK的源代碼進行查看。
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。通過對spl代碼的研究，主要從流程上可以知道，spl的代碼運行在sram中。
通過查看，可以看到SRAM為32KB，但是實際編譯出來的估計大小在32KB~64KB，遠大于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地址開始處的一段空間，是初始化的參數(shù)，SPL可以根據(jù)這個參數(shù)選擇初始化的串口編號，初始化的DDR參數(shù)等等。在這里面編譯的串口并非開發(fā)板的參數(shù)的串口參數(shù)，后面在制作固件的時候，會將頭部的信息替換。為此我做了一個專門研究D1 哪吒裸機的倉庫，來研究其實際的啟動信息。
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。
編譯后會在nboot的目錄下生成相關(guān)的固件。
在生成的固件中，每個固件分別表示從哪種介質(zhì)中啟動下一階段。前面說過，spl的頭部存放了一些初始化的參數(shù)變量，所以我直接通過一個腳本make_download.sh將spl的頭部一些信息替換了。這樣下來，就能夠正常的啟動spl階段了，并且可以正常的初始化DDR。按下開發(fā)板的FEL鍵并且上電。
下載可以利用tools/windows目錄下的xfel工具進行下載。
xfel.exe write 0x20000 boot0_sdcard_sun20iw1p1.bin
xfel.exe exec 0x20000
可以正常的啟動SPL。xfel的工具是xboot大佬旨在打造全志裸機的萬能開發(fā)工具，感覺用起來還是挺好。
https://github.com/xboot/xfel
當前xfel在d1上支持了ddr初始化，下載到SRAM和DDR3等操作，并支持運行程序。非常的強大，后面做裸機開發(fā)會經(jīng)常用到，后續(xù)如果能夠支持USB燒錄SPI NAND Flash，那會更加的好用。那么在spl里做了哪些事情？首先SPL是運行在SRAM中的程序，這段程序受到SRAM尺寸大小的影響，并不會做的很復(fù)雜。主要功能來說：
- 1.通過引腳判斷是否啟動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，將其搬運到DDR中執(zhí)行，然后程序運行在DDR中。
4.啟動opensbi
此時程序就運行在DDR中了，對于開發(fā)RISCV的人來說，opensbi并不陌生，一方面這個是后臺常駐程序，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d1下個階段指的是uboot。然后opensbi就常駐在M-mode下了。作為獨立的程序，我也在裸機層面去編譯下載opensbi。
https://github.com/bigmagic123/d1-nezha-baremeta/tree/main/opensbi
編譯的過程可以通過
要想在d1上運行opensbi，首先需要根據(jù)下面的情況進行編譯。
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。
可以通過下面的三條指令進行下載
.\xfel.exe ddr ddr3
.\xfel.exe write 0x40000000 fw_jump.bin
.\xfel.exe exec 0x40000000
最后可以看到啟動如下
其中對opensbi的下載流程，實際上這里直接是通過xfel初始化ddr，然后將程序加載到ddr中直接啟動運行。并沒有通過spl階段，如果想要自己編譯的程序通過spl --> opensbi?？梢栽贚inux上通過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。
5.裸機程序的編寫
在分析了上述SPL和opensbi的啟動流程后，自行編譯一個簡單的裸機程序就容易許多。從啟動流程的角度上來說，只需要實現(xiàn)初始化時鐘、串口即可。這樣就能夠享受D1上裸機開發(fā)的樂趣了。更多的外設(shè)擴展需要根據(jù)芯片手冊去進行編程。
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。目前裸機開發(fā)代碼比較好的可以參考xboot的代碼。
https://github.com/xboot/xboot/tree/test-d1
xboot的底層也會用到基本的裸機編程部分的代碼實現(xiàn)，也是非常值得研究和學習的。
6.小結(jié)
全志D1芯片的啟動流程最底層的分析來看，和其他全志產(chǎn)品線的芯片的啟動流程基本類似，主要需要理解的是fel模式下對SRAM，DDR等操作，這樣在做裸機開發(fā)的時候，才能將程序下載進去。有了這些理解，在做riscv的底層編程的時候，才能透徹的理解其啟動的流程和原理。
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