为U-boot 添加新的board

U-boot代码层次

如何添加board

添加board的基本步骤

test board添加示例

添加target配置选项

添加config头文件

添加dtb文件

添加board文件

创建defconfig配置文件

spl支持semihost启动

U-boot代码层次

uboot需要支持众多的硬件，并且具有良好的可扩展性、可移植性和可维护性，因此必须要有一个设计良好的代码架构。代码架构的设计总是与软硬件架构密不可分的，在硬件层面嵌入式系统的核心一般包括以下层次：

（1）目标板：它包含了系统运行所需的所有组件，如SOC芯片、DDR、flash/emmc存储器、各种外设以及时钟源、电源管理芯片等

（2）SOC：它包含了cpu、总线控制器、集成在片内的rom、sram、dma控制器、硬件加速器、异构核，以及片内时钟、电源控制模块等

（3）处理器架构：它一般指处理器体系结构的大版本，不同的体系结构之间可能存在不同的指令集、异常模型以及内存模型等。例如对于arm系列架构，armv8和armv7就属于不同的处理器架构

（4）cpu型号：它是指处理器的具体型号，如cortex-a53或cortex-a72等

一般cpu型号和处理器架构数量相对较少，如对于arm架构来说一般就是arm官方发布的这些型号。而soc型号就要多一些，它主要是各芯片公司基于特定cpu架构以及其它ip模块，设计的专用或通用芯片，如高通或海思设计的手机芯片。最后就是以soc芯片为核心设计的目标板了，在目标板上基本上集成了一款产品所需的所有组件，如一款手机的电路板。它们之间的简单关系如下图：

Uboot的代码设计也遵循以上层次，arch目录包含了处理器架构相关代码，arch/cpu目录包含了特定cpu代码，而board目录则包含了特定目标板的代码。因此当我们新增加一款目标板时，主要的工作就可以集中在board相关的代码，只要不是太新的cpu型号，arch和cpu相关代码在uboot官方版本中都已经被支持。因此可以直接复用这部分实现，我们唯一要做的就是选择正确的配置选项。

如何添加board

添加board的基本步骤

当我们开始一个全新的项目时，总是希望能先让系统能运行起来，然后再在此基础上为其添加更多的feature，这个只包含能让系统运行所需模块的系统，叫做最小系统。cpu能正常运行包含以下几个条件：

（1）具有合适的电源和时钟

（2）程序代码被加载到合适的位置，cpu能够正常获取指令

（3）具有cpu用于数据操作的可读写内存

（4）cpu被release reset
当然对于需要支持中断的系统，则还需要包含中断控制器，而对于像操作系统这种需要通过定时器驱动进程切换的系统，则显然还需要timer定时器。为了达到以上目的，我们添加board的基本步骤大概如下：
（1）在board目录下为新board添加一个目录，用于存放board特定的代码

（2）为新目录添加Kconfig配置选项和Makefile编译选项，将其添加到编译系统中

（3）在Kconfig中为该board定义一个配置项，并为该配置项添加其所支持的特性，如cpu架构、cpu型号等

（4）为新board增加一个配置相关的头文件和编译所需的defconfig文件，用于该board相关的选项配置

（5）在board目录下添加适当的文件，并实现必要的接口

test board添加示例

添加target配置选项

在arch/arm/Kconfig的board select菜单下新增如下的TARGET_TESTBOARD配置选项：

config?TARGET_TESTBOARD
????????bool?"Qemu?test?board"
????????select?ARM64
????????select?DM
????????select?DM_SERIAL
????????select?PL01X_SERIAL
????????select?SUPPORT_SPL
????????select?SPL?if?SUPPORT_SPL
????????select?SPL_FRAMEWORK_BOARD_INIT_F?if?SPL
????????select?SPL_SERIAL_SUPPORT
????????select?PL011_SERIAL?if?SPL
????????select?SPL_LIBGENERIC_SUPPORT?if?SPL
????????select?SPL_LIBCOMMON_SUPPORT?if?SPL

它将在后面的configs/testboard_defconfig中通过CONFIG_ TARGET_TESTBOARD =y选择

在arch/arm/Kconfig文件中添加以下内容，以包含board的Kconfig文件

?source?"board/mars/test/Kconfig"

添加config头文件

在include/configs目录下添加config头文件testboard.h，并添加以下内容：

#ifndef?__CONFIG_H
#define?__CONFIG_H
#include?<linux/sizes.h>

#define?CONFIG_SYS_SDRAM_BASE???????????0x40000000

/*?The?DTB?generated?by?QEMU?is?placed?at?start?of?RAM,?stay?away?from?there?*/
#define?CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR?????????(CONFIG_SYS_SDRAM_BASE?+?SZ_2M)
#define?CONFIG_SYS_LOAD_ADDR????????????(CONFIG_SYS_SDRAM_BASE?+?SZ_2M)
#define?CONFIG_SYS_MALLOC_LEN???????????SZ_16M

#define?CONFIG_SYS_BOOTM_LEN????????????SZ_64M

#define?CONFIG_SYS_HZ???????????????????????1000

#define?CONFIG_PL01x_PORTS??????????????{(void?*)(0x9000000)}
#define?CONFIG_PL011_CLOCK??????1


#define?CONFIG_SYS_UBOOT_START?0x40300000
#define?BOOT_TARGET_DEVICES(func)?
????????func(VIRTIO,?virtio,?0)

#define?CONFIG_EXTRA_ENV_SETTINGS?
????????"fdt_addr=0x43000000"?
????????"kernel_addr_r=0x40000000"?
????????"bootargs=earlycon?root=/dev/vda"?
????????"bootcmd=smhload?/home/lgj/work/linux/arch/arm64/boot/Image?${kernel_addr_r};"?
????????"smhload?/home/lgj/work/linux/arch/arm64/boot/dts/qemu/test-board-smc.dtb?${fdt_addr};"?
????????"booti?${kernel_addr_r}?-?${fdt_addr}"

#define?CONFIG_SYS_CBSIZE?512
#define?CONFIG_SYS_MONITOR_BASE?????????CONFIG_SYS_TEXT_BASE
#define?CONFIG_SYS_MAX_FLASH_BANKS_DETECT???????2
#define?CONFIG_SYS_MAX_FLASH_SECT???????256?/*?Sector:?256K,?Bank:?64M?*/
#define?CONFIG_CFI_FLASH_USE_WEAK_ACCESSORS

#define?CONFIG_SPL_MAX_SIZE?0x25000
#define?CONFIG_SPL_STACK?(CONFIG_SYS_SDRAM_BASE?+?SZ_1M)
#define?CONFIG_SPL_BSS_START_ADDR?(CONFIG_SYS_SDRAM_BASE?+?SZ_1M)

#define?CONFIG_SPL_BSS_MAX_SIZE?0x1000
#endif?

添加dtb文件

使用qemu模拟器启动uboot时，模拟器会提供一个默认的dtb文件，但是我们也可以使用自己自定义的dtb文件，以下是自定义dtb文件的方法：

在arch/arm/dts/目录下添加dts文件test-board-minimal.dts，并在目录的Makefile中添加以下编译选项

dtb-$(CONFIG_TARGET_TESTBOARD)?+=?test-board-minimal.dtb

在配置文件configs/testboard_defconfig中指定该dtb为默认dtb文件，并使能uboot的设备树支持

CONFIG_DEFAULT_DEVICE_TREE="test-board-minimal"
CONFIG_OF_CONTROL=y
CONFIG_OF_SEPARATE=y

添加board文件

在board目录下创建mars/test目录在board/mars/test目录下创建Kconfig文件，并添加如下内容

if?TARGET_TESTBOARD
config?SYS_VENDOR
????????default?"mars"

config?SYS_BOARD
????????default?"test"

config?SYS_CONFIG_NAME
????????default?"testboard"
endif

其中：

SYS_VENDOR：用于指定该board的vendor名，它与SYS_BOARD一起确定会被编译的board代码路径。即board/< SYS_VENDOR >/common和board/< SYS_VENDOR >/< SYS_BOARD >的路径下的Makefile会被执行，在我们的例子中该目录为board/mars/common/和board/mars/test/SYS_BOARD：用于指定在board/< SYS_VENDOR >下需要编译的board路径，如当前配置下该目录为board/mars/test/

SYS_CONFIG_NAME用于指定include/configs目录下的头文件名，如当前配置该文件即为include/configs/testboard.h

在board/mars/test目录下创建MAINTAINERS文件，并添加如下内容

QEMU?QEMU?TEST?BOARD
M:??????xxx@yyy.com
S:??????Maintained
F:??????board/mars/test
F:??????include/configs/testboard.h
F:??????configs/testboard.h

在board/mars/test目录下创建Makefile文件，并添加如下内容

????obj-y???+=?testboard.o

创建board/mars/test目录下创建testboard.c文件，并添加如下内容

include?<common’s>
#include?<cpu_func.h>
#include?<fdtdec.h>
#include?<init.h>
#include?<spl.h>

#ifdef?CONFIG_ARM64
#include?<asm/armv8/mmu.h>
static?struct?mm_region?testboard_mem_map[]?=?{
????????{
????????????????/*?Flash?*/
????????????????.virt?=?0x00000000UL,
????????????????.phys?=?0x00000000UL,
????????????????.size?=?0x08000000UL,
????????????????.attrs?=?PTE_BLOCK_MEMTYPE(MT_NORMAL)?|
?????????????????????????PTE_BLOCK_INNER_SHARE
????????},?{
????????????????/*?Lowmem?peripherals?*/
????????????????.virt?=?0x08000000UL,
????????????????.phys?=?0x08000000UL,
????????????????.size?=?0x38000000,
????????????????.attrs?=?PTE_BLOCK_MEMTYPE(MT_DEVICE_NGNRNE)?|
?????????????????????????PTE_BLOCK_NON_SHARE?|
?????????????????????????PTE_BLOCK_PXN?|?PTE_BLOCK_UXN
????????},?{
????????????????/*?RAM?*/
????????????????.virt?=?0x40000000UL,
????????????????.phys?=?0x40000000UL,
????????????????.size?=?255UL?*?SZ_1G,
????????????????.attrs?=?PTE_BLOCK_MEMTYPE(MT_NORMAL)?|
?????????????????????????PTE_BLOCK_INNER_SHARE
????????},?{
????????????????/*?Highmem?PCI-E?ECAM?memory?area?*/
????????????????.virt?=?0x4010000000ULL,
????????????????.phys?=?0x4010000000ULL,
????????????????.size?=?0x10000000,
????????????????.attrs?=?PTE_BLOCK_MEMTYPE(MT_DEVICE_NGNRNE)?|
?????????????????????????PTE_BLOCK_NON_SHARE?|
?????????????????????????PTE_BLOCK_PXN?|?PTE_BLOCK_UXN
????????},?{
????????????????/*?Highmem?PCI-E?MMIO?memory?area?*/
????????????????.virt?=?0x8000000000ULL,
????????????????.phys?=?0x8000000000ULL,
????????????????.size?=?0x8000000000ULL,
????????????????.attrs?=?PTE_BLOCK_MEMTYPE(MT_DEVICE_NGNRNE)?|
?????????????????????????PTE_BLOCK_NON_SHARE?|
?????????????????????????PTE_BLOCK_PXN?|?PTE_BLOCK_UXN
????????},?{
????????????????/*?List?terminator?*/
????????????????0,
????????}
};

struct?mm_region?*mem_map?=?testboard_mem_map;
#endif

int?board_init(void)
{
????????return?0;
}

int?dram_init(void)
{
????????if?(fdtdec_setup_mem_size_base()?!=?0)
????????????????return?-EINVAL;

????????return?0;
}

int?dram_init_banksize(void)
{
????????fdtdec_setup_memory_banksize();

????????return?0;
}

void?*board_fdt_blob_setup(void)
{
????????/*?QEMU?loads?a?generated?DTB?for?us?at?the?start?of?RAM.?*/
????????return?(void?*)CONFIG_SYS_SDRAM_BASE;
}

void?enable_caches(void)
{
?????????icache_enable();
?????????dcache_enable();
}

#ifdef?CONFIG_SPL
u32?spl_boot_device(void)
{
????????return?BOOT_DEVICE_SEMIHOSTING;
}
#endif

创建defconfig配置文件

在configs目录下为testboard创建配置文件testboard_defconfig，并添加如下内容

CONFIG_ARM=y
CONFIG_TARGET_TESTBOARD=y
CONFIG_POSITION_INDEPENDENT=y
CONFIG_NR_DRAM_BANKS=1
CONFIG_ENV_SIZE=0x40000
CONFIG_ENV_SECT_SIZE=0x40000
CONFIG_DEFAULT_DEVICE_TREE="test-board-minimal"
CONFIG_ENV_ADDR=0x4000000

CONFIG_OF_CONTROL=y
CONFIG_OF_SEPARATE=y

CONFIG_DM_SERIAL=y
CONFIG_DM_ETH=y
CONFIG_SYSRESET=y
CONFIG_SEMIHOSTING=y

#?add?boot?stage?info?to?fdt
CONFIG_OF_FDT=y

CONFIG_SPL_SYS_MALLOC_F_LEN=0x1000
CONFIG_SPL_TEXT_BASE=0x40000000
CONFIG_CONS_INDEX=0
CONFIG_SYS_TEXT_BASE=0x40300000
#?CONFIG_DISPLAY_CPUINFO?is?not?set

spl支持semihost启动

将arch/arm/lib/semihosting.c中smh_load_file导出，即去掉下面定义中的static

static?int?smh_load_file(const?char?*?const?name,?ulong?load_addr,??ulong?*end_addr)
{
????????…
}

将arch/arm/lib/semihosting.c中的do_smhload文件修改为只有uboot编译，即将其修改为：

#ifndef?CONFIG_SPL_BUILD
static?int?do_smhload(struct?cmd_tbl?*cmdtp,?int?flag,?int?argc,
??????????????????????char?*const?argv[])?{
}
#endif

在arch/arm/include/asm/spl.h的BOOT DEVICE枚举中添加对semihosting的支持

enum?{
????????…
????????BOOT_DEVICE_SEMIHOSTING,
????????BOOT_DEVICE_NONE
};??????

在common/spl/目录下添加文件spl_semihosting.c，并添加以下内容：

#include?<image.h>
#include?<spl.h>
extern?int?smh_load_file(const?char?*?const?name,?ulong?load_addr,
?????????????????????????ulong?*end_addr);

static?int?spl_sh_load_image(struct?spl_image_info?*spl_image,
??????????????????????????????struct?spl_boot_device?*bootdev)
{
????????int?rc;
????????ulong?uboot_load_addr?=?0x40300000,?uboot_end_addr;

????????rc?=?smh_load_file("u-boot.bin",?uboot_load_addr,
?????????????????????????&uboot_end_addr);
????????if?(rc?<?0)?{
????????????????if?(CONFIG_IS_ENABLED(SHOW_ERRORS)?&&
????????????????????CONFIG_IS_ENABLED(LIBCOMMON_SUPPORT))
????????????????????????printf(SPL_TPL_PROMPT?"load?file?u-boot.bin?failed?(err=%d)n",
???????????????????????????????rc);
????????????????else
????????????????????????puts(SPL_TPL_PROMPT?"load?file?u-boot.bin?failedn");
?
????????????????return?-1;
????????}
?
????????spl_image->load_addr?=?uboot_load_addr;
????????spl_image->entry_point?=?uboot_load_addr;
????????spl_image->os?=?IH_OS_U_BOOT;

????????return?0;
}
SPL_LOAD_IMAGE_METHOD("SEMIHOSTING",?0,?BOOT_DEVICE_SEMIHOSTING,?spl_sh_load_image);