Mini440之uboot移植之裁剪、分区与环境变量设置（五）

本节的代码都是在代码基础上修改的。

一、uboot修改默认环境变量

不知道你有没有留意到，我们之前介绍的u-boot串口输出信息有下面一行：

U-Boot 2016.05 (Jan 14 2022 - 22:22:01 +0800)

CPUID: 32440001
FCLK:      400 MHz
HCLK:      100 MHz
PCLK:       50 MHz
DRAM:  64 MiB
WARNING: Caches not enabled
Flash: 2 MiB
NAND: 256 MiB
*** Warning - bad CRC, using default environment

In:    serial
Out:   serial
Err:   serial
Net:   dm9000
### main_loop: bootcmd=""
SMDK2440 #

可以看出，读出的是坏的CRC，使用默认的环境变量，我们分析一下输出这个的原因。

1.1 分析环境变量初始化

在我们介绍到board_init_r()函数会进行环境变量的的初始化。具体在initr_env()函数执行过程中，该函数位于common/board_r.c文件，去掉无用代码如下：

static int initr_env(void)
{
    /* initialize environment */
    if (should_load_env())
        env_relocate();
    else
        set_default_env(NULL);

    /* Initialize from environment */
    load_addr = getenv_ulong("loadaddr", 16, load_addr);
    return 0;
}

其中should_load_env去除无用代码，定义如下：

static int should_load_env(void)
{
    return 1;
}

然后执行env_relocate()；

1.2 env_relocate(common/env_common.c)

env_relocate函数去除无用代码：

void env_relocate(void)
{
    if (gd->env_valid == 0) {
        bootstage_error(BOOTSTAGE_ID_NET_CHECKSUM);
        set_default_env("!bad CRC");
    } else {
        env_relocate_spec();
    }
}

由于在env_init函数过程中设置了gd->env_valid=0，所以执行set_default_env("!bad CRC");

1.3 set_default_env(common/env_common.c)

set_default_env函数定义：

void set_default_env(const char *s)
{
    int flags = 0;

    if (sizeof(default_environment) > ENV_SIZE) {
        puts("*** Error - default environment is too large\n\n");
        return;
    }

    if (s) {
        if (*s == '!') {
            printf("*** Warning - %s, "
                "using default environment\n\n",
                s + 1);
        } else {
            flags = H_INTERACTIVE;
            puts(s);
        }
    } else {
        puts("Using default environment\n\n");
    }

    if (himport_r(&env_htab, (char *)default_environment,
            sizeof(default_environment), '\0', flags, 0,
            0, NULL) == 0)
        error("Environment import failed: errno = %d\n", errno);

    gd->flags |= GD_FLG_ENV_READY;
}

因为s="!bad CRC"，所以串口会输出警告信息。

我们之前介绍过默认的环境变量都是保存在default_environment这个字符数组中的，环境变量之间使用\0分隔，其内容大致如下：

const uchar default_environment[] = {
    "bootdelay="    __stringify(CONFIG_BOOTDELAY)    "\0"
    "baudrate="    __stringify(CONFIG_BAUDRATE)    "\0"
    "ipaddr="    __stringify(CONFIG_IPADDR)    "\0"
    "serverip="    __stringify(CONFIG_SERVERIP)    "\0"
    "netmask="    __stringify(CONFIG_NETMASK)    "\0"
};

这里我们以其中的baudrate为例，CONFIG_BAUDRATE在smdk2440.h(include/configs/smdk2440.h)中定义：

#define CONFIG_BAUDRATE        115200

此外还有一个比较重要的宏配置，是用来启动linux内核的，这里我们没有配置，但是有必要介绍一下，CONFIG_BOOTARGS，搜索 bootargs 字样，可以在其它单板中看到有类似这样的定义：

#define CONFIG_BOOTARGS        "root=/dev/nfs console=ttySAC0,115200 init=/linuxrc"

• root 指定文件系统位置；
• init 指定内核启动后执行的第一个应用程序；
• console 指定使用哪个终端，这里的 ttySAC0 指的就是串口0；

其它宏也是这样，比如我们熟悉的有：

• CONFIG_BOOTCOMMAND，用来启动内核的命令；
• CONFIG_BOOTDELAY：uboot启动倒计时，默认值为5s，只有设置了bootcmd，它才有用；
• CONFIG_BAUDRATE：波特率，默认为115200；
• CONFIG_IPADDR：IP 地址；
• CONFIG_SERVERIP：服务器IP地址；
• CONFIG_NETMASK：子网掩码；
• CONFIG_GATEWAYIP：网关；

仿照其它单板在 include/configs/smdk2440.h中添加相应的宏来设置默认环境变量，代码如下(红色为添加代码)：

/* autoboot */
#define CONFIG_BOOTDELAY    5
#define CONFIG_BOOT_RETRY_TIME    -1
#define CONFIG_RESET_TO_RETRY
#define CONFIG_ZERO_BOOTDELAY_CHECK

#define CONFIG_NETMASK        255.255.255.0
#define CONFIG_IPADDR        192.168.0.188
#define CONFIG_SERVERIP        192.168.0.200
#define CONFIG_ETHADDR      08:00:3e:26:0a:5b

这个其实我们在u-boot支持DM9000网卡的时候已经介绍过了。 这样当uboot启动时就会默认使用上面的环境变量，不需要每次启动都去修改变量了。

1.4 设置环境变量保存位置

在之前的打印信息中虽然会出现，"bad CRC,using default environment"，后面我们通过手动设置环境变量：

set ethaddr 00:0c:29:d3:fe:1d

也是可以执行我们想要的操作，但是如果使用 save 命令将其保存到 flash 中，保存地址设置有误的话，会保存失败。并且有可能会破坏flash原有的内容，导致uboot启动失败。

所以，首先我们先找到 save 在代码中的位置，在 u-boot 上，输入 save -help 命令，打印如下：

saveenv - save environment variables to persistent storage

useage:
saveenv

在u-boot代码搜索saveenv，

grep "saveenv" * -nR

发现很多文件中都有对 saveenv 函数的定义，由于我们只需要把环境变量保存到 FALSH中，所以只需要关注与 FLASH有关的文件，如上图所示：

• common/env_nand.c 文件：将环境变量保存到 NAND 中；
• common/env_flash.c 文件：将环境变量保存到 NOR中；

打开 common 目录下的 Makefile 文件，查看编译这两个文件所依赖的宏：

可以看出:

• 编译 env_flash.c 文件需要 CONFIG_ENV_IS_IN_FLASH 宏;
• 编译 env_nand.c 文件需要 CONFIG_ENV_IS_IN_NAND 宏;

在 smdk2440.h 文件中查找这两个宏有无定义：

发现只有与NOR 相关宏的定义，没有与 NAND 相关宏的定义。

1、NAND启动

需要注意的是如果是NAND启动，不支持 NOR fFLASH操作，NAND启动的话只能将将环境变量保存在NAND FLASH中。

参照其它单板对NAND 宏的定义，修改代码：

/* 保存环境变量到NOR FLASH */
#if 0
#define CONFIG_ENV_ADDR            (CONFIG_SYS_FLASH_BASE + 0x070000)
#define CONFIG_ENV_IS_IN_FLASH
#define CONFIG_ENV_SIZE            0x10000
#else
/* 保存环境变量到NAND FLASH */
#define CONFIG_ENV_IS_IN_NAND        /* U-Boot env in NAND Flash  */
#define CONFIG_ENV_SIZE            0x20000        //128kb
#define CONFIG_ENV_OFFSET          0x80000        //给uboot预留512kb
#endif

其中还有一个 CONFIG_ENV_RANGE 宏，这个宏可以不定义，如果不定义的话，在env_nand.c 中，会把它设置为 CONFIG_ENV_SIZE。

重新编译，烧写uboot，就可以使用 save 命令保存环境变量了。

2、NOR启动

如果是NOR启动，修改CONFIG_ENV_ADDR：

/* 保存环境变量到NOR FLASH */
#if 1
#define CONFIG_ENV_ADDR            (CONFIG_SYS_FLASH_BASE + 0x080000)   //给uboot预留512kb
#define CONFIG_ENV_IS_IN_FLASH
#define CONFIG_ENV_SIZE            0x10000
#else
/* 保存环境变量到NAND FLASH */
#define CONFIG_ENV_IS_IN_NAND        /* U-Boot env in NAND Flash  */
#define CONFIG_ENV_SIZE            0x20000        //128kb
#define CONFIG_ENV_OFFSET          0x80000        //给uboot预留512kb
#endif

重新编译，烧写uboot，设置环境变量，并保存：

U-Boot 2016.05 (Jan 16 2022 - 13:53:11 +0800)

CPUID: 32440001
FCLK:      400 MHz
HCLK:      100 MHz
PCLK:       50 MHz
DRAM:  64 MiB
WARNING: Caches not enabled
Flash: 2 MiB
NAND:  256 MiB
In:    serial
Out:   serial
Err:   serial
Net:   dm9000
SMDK2440 # set ethaddr 00:0c:29:d3:fe:1d
SMDK2440 # save
Saving Environment to Flash...
Un-Protected 1 sectors
Erasing Flash...
. done
Erased 1 sectors
Writing to Flash... 9....8....7....6....5....4....3....2....1....done

二、设置 mtdparts 分区

如果想要查看 uboot，kernel等的分区，在uboot中输入mtdparts命令即可，该命令用来查看NAND FLASH分区情况。运行u-boot，输入该命令：

SMDK2440 # mtdparts 
mtdids not defined, no default present

发现不支持该命令，修改代码使u-boot支持mtdparts命令，命令相关的都在cmd目录下定义。

打开cmd目录下的 Makefile ，发现要想编译mtdparts.c 文件，需定义CONFIG_CMD_MTDPARTS 宏，如下图所示：

然后我们do_mtdparts函数：

static int do_mtdparts(cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc,
               char * const argv[])
{
    if (argc == 2) {
        if (strcmp(argv[1], "default") == 0) {
            setenv("mtdids", (char *)mtdids_default);
            setenv("mtdparts", (char *)mtdparts_default);
            setenv("partition", NULL);

            mtdparts_init();
            return 0;
        } else if (strcmp(argv[1], "delall") == 0) {
            /* this may be the first run, initialize lists if needed */
            mtdparts_init();

            setenv("mtdparts", NULL);

            /* mtd_devices_init() calls current_save() */
            return mtd_devices_init();
        }
    }

    /* make sure we are in sync with env variables */
    if (mtdparts_init() != 0)
        return 1;

    if (argc == 1) {
        list_partitions();
        return 0;
    }
        ...
}

当执行mtdparts命令时，第一个参数为命令mtdparts命令对应的结构体，第二个参数为命令标志，第三个参数为命令参数个数，这里没有传入额外参数，长度也就是1，即命令本身。

该函数会调用mtdparts_init函数。

2.1 mtdparts_init(cmd/mtdparts.c)

/**
 * Parse and initialize global mtdids mapping and create global
 * device/partition list.
 *
 * @return 0 on success, 1 otherwise
 */
int mtdparts_init(void)
{
       ...
    /* get variables */
    ids = getenv("mtdids");
    parts = getenv("mtdparts");
    current_partition = getenv("partition");

    /* if mtdids variable is empty try to use defaults */
    if (!ids) {
        if (mtdids_default) {
            debug("mtdids variable not defined, using default\n");
            ids = mtdids_default;
            setenv("mtdids", (char *)ids);
        } else {
            printf("mtdids not defined, no default present\n");
            return 1;
        }
    }
    ...
}

在默认环境变量中没有定义mtdids环境变量，ids为0，执行if (mtdids_default)语句，在同文件有如下定义：

/* default values for mtdids and mtdparts variables */
#if defined(MTDIDS_DEFAULT)
static const char *const mtdids_default = MTDIDS_DEFAULT;
#else
static const char *const mtdids_default = NULL;
#endif

2.2 配置分区宏

我们的单板头文件（include/configs/mdk2440.h）默认没有定义MTDIDS_DEFAULT宏，所以执行mtdparts时输出错误信息，查看其它单板头文件是如何定义的，修改smdk2440.h里宏的定义：

/*
 * File system
 */
#define CONFIG_CMD_UBI
#define CONFIG_CMD_UBIFS
#define CONFIG_CMD_MTDPARTS
#define CONFIG_MTD_DEVICE
#define CONFIG_MTD_PARTITIONS
#define CONFIG_YAFFS2
#define CONFIG_RBTREE

/* mtdparts command line support */
#define MTDIDS_DEFAULT        "nand0=Mini2440-0"
/* default mtd partition table */
#define MTDPARTS_DEFAULT    "mtdparts=Mini2440-0:512k(u-boot)," \
                            "128k(params)," \
                            "4m(kernel)," \
                            "-(rootfs);" \

这样当在u-boot命令行执行“mtdparts default”命令时，do_mtdparts会根据上面的MTDPARTS_DEFAULT宏保存的mtd分区信息，来将NAND分区。

然后再次使用mtdparts查看分区信息，如下：

SMDK2440 # mtdparts default
SMDK2440 # mtdparts

device nand0 0>, # parts = 4
 #: name        size        offset        mask_flags
 0: u-boot              0x00080000    0x00000000    0
 1: params              0x00020000    0x00080000    0
 2: kernel              0x00400000    0x000a0000    0
 3: rootfs              0x0fb60000    0x004a0000    0

active partition: nand0,0 - (u-boot) 0x00080000 @ 0x00000000

defaults:
mtdids  : nand0=Mini2440-0
mtdparts: mtdparts=Mini2440-0:512k(u-boot),128k(params),4m(kernel),-(rootfs);

256MB大小的NAND被分成四个分区：

• 0x00000000~0x00080000：512kb存放u-boot；
• 0x00080000~0x000A0000:128kb存放linux内核启动参数；
• 0x000A0000~0X004A0000：4MB存放linux内核；
• 0x004A0000~0x10000000：剩下空间存放根文件系统；

2.3 u-boot启动自动分区

下面修改代码，让u-boot启动时自动设置分区（执行“mtdparts default”命令），在u-boot进入main_loop()死循环之前添加执行命令代码（run_command("mtdparts default", 0);），修改run_main_loop()函数如下(common/board_r.c文件中)：

static int run_main_loop(void)
{
#ifdef CONFIG_SANDBOX
    sandbox_main_loop_init();
#endif
     run_command("mtdparts default", 0); 

    /* main_loop() can return to retry autoboot, if so just run it again */
    for (;;)
        main_loop();
    return 0;
}

这样，u-boot每次启动时都会执行一次mtdparts default 命令，使它根据默认参数来自动分区，这样mtdparts就设置好了。

编译，烧写，在uboot中输入mtdparts，打印如下：

SMDK2440 # mtdparts

device nand0 0>, # parts = 4
 #: name        size        offset        mask_flags
 0: u-boot              0x00080000    0x00000000    0
 1: params              0x00020000    0x00080000    0
 2: kernel              0x00400000    0x000a0000    0
 3: rootfs              0x0fb60000    0x004a0000    0

active partition: nand0,0 - (u-boot) 0x00080000 @ 0x00000000

defaults:
mtdids  : nand0=Mini2440-0
mtdparts: mtdparts=Mini2440-0:512k(u-boot),128k(params),4m(kernel),-(rootfs);

三、裁切u-boot

到这一步，我们编译的u-boot 大概有482kb，这其中有很多无用的代码，所以接下来我们需要对 uboot 进行裁剪。

u-boot 很多文件都是基于 Makefile 里的宏来进行编译的，而这些宏的定义基本上都在 include/configs/s3c2440.h 中，所以我们需要修改 s3c2440.h 文件，去掉不需要的宏。

3.1 裁切USB

#if 0
#define CONFIG_USB_OHCI
#define CONFIG_USB_OHCI_S3C24XX
#define CONFIG_USB_KEYBOARD
#define CONFIG_USB_STORAGE
#define CONFIG_DOS_PARTITION
#endif

3.2 裁切RTC

/************************************************************
 * RTC
 ************************************************************/
#if 0
#define CONFIG_RTC_S3C24X0
#endif

3.3 裁切BOOTP选项

/*
 * BOOTP options
 */
#if 0
#define CONFIG_BOOTP_BOOTFILESIZE
#define CONFIG_BOOTP_BOOTPATH
#define CONFIG_BOOTP_GATEWAY
#define CONFIG_BOOTP_HOSTNAME
#endif

3.4 裁切部分不需要的命令行

/*
 * Command line configuration.
 */
#if 0
#define CONFIG_CMD_BSP
#define CONFIG_CMD_DATE
#endif
#define CONFIG_CMD_NAND
#define CONFIG_CMD_REGINFO

3.5 裁切文件系统

/*
 * File system
 */
#if 0
#define CONFIG_CMD_UBI
#define CONFIG_CMD_UBIFS
#define CONFIG_YAFFS2
#define CONFIG_RBTREE
#endif
#define CONFIG_CMD_MTDPARTS
#define CONFIG_MTD_DEVICE
#define CONFIG_MTD_PARTITIONS

3.6 编译

编译，打印如下错误：

打开common目录下的Makefile，定位到usb关键字，如下：

可以看出编译 usb.c 需要宏 CONFIG_CMD_USB 的支持，在 configs/smdk2440_defconfig找到该宏，将其屏蔽，时屏蔽文件系统相关的宏：

CONFIG_ARM=y
CONFIG_TARGET_SMDK2440=y
CONFIG_HUSH_PARSER=y
CONFIG_SYS_PROMPT="SMDK2440 # "
# CONFIG_CMD_USB=y
# CONFIG_CMD_SETEXPR is not set
CONFIG_CMD_DHCP=y
CONFIG_CMD_PING=y
CONFIG_CMD_CACHE=y
#CONFIG_CMD_EXT2=y
#CONFIG_CMD_FAT=y

再次编译：

make clean
make distclean
make smdk2440_config
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux- V=1

此时编译完成u-boot大概为246kb。

3.7 下载运行

我们将u-boot下载到NOR FALSH中运行，以NOR方式启动，并在命令行输入print，查看所有环境变量：

SMDK2440 # print
baudrate=115200
bootdelay=5
ethact=dm9000
ethaddr=00:0c:29:d3:fe:1d
ipaddr=192.168.0.188
mtddevname=u-boot
mtddevnum=0
mtdids=nand0=Mini2440-0
mtdparts=mtdparts=Mini2440-0:512k(u-boot),128k(params),4m(kernel),-(rootfs);
netmask=255.255.255.0
partition=nand0,0
serverip=192.168.0.200
stderr=serial
stdin=serial
stdout=serial

Environment size: 355/65532 bytes

我们再次向NOR FALSH烧入Mini2440商家原有的Superboot2440.bin到，从NOR启动，我们搭配MiniTools将u-boot.bin代码下载到NAND运行：

需要注意的是使用MiniTools下载程序，好像文件大于400kb，MiniTools就无法下载成功。但是这里我们的u-boot裁切到246kb。可以下载成功。

以NAND方式启动，并在命令行输入print，查看所有环境变量：

SMDK2440 # print
baudrate=115200
bootdelay=5
ethact=dm9000
ethaddr=08:00:3e:26:0a:5b
ipaddr=192.168.0.188
mtddevname=u-boot
mtddevnum=0
mtdids=nand0=Mini2440-0
mtdparts=mtdparts=Mini2440-0:512k(u-boot),128k(params),4m(kernel),-(rootfs);
netmask=255.255.255.0
partition=nand0,0
serverip=192.168.0.200
stderr=serial
stdin=serial
stdout=serial

Environment size: 355/65532 bytes

四、代码下载

Young / s3c2440_project[u-boot-2016.05-crop]

参考文章

[1]移植u-boot-2012.04.01到JZ2440（六： 修改源码之裁剪uboot、设置分区与环境变量）

[2]