pmon启动流程概述

pmon启动流程概述

以龙芯处理器LS2K1000为例进行讲解
一 总体启动流程

• CPU执行start.S中的代码：ls2k1000 CPU开始执行Targets/LS2K/ls2k/start.S中的代码。这段代码是PMON启动的起点，它包含了一些宏定义、程序入口指示和CPU初始化所需的指令。
• 跳转到init_loongarch函数：然后，代码会跳转到zloader.ls2k/init_loongarch.c中的init_loongarch函数中执行。在这个函数中，PMON会将BIOS数据（biosdata）解压到特定的内存地址上。
• 调用realinit_loongarch函数：接下来调用zloader.ls2k/init_loongarch.c中的realinit_loongarch函数，跳转到Targets/LS2K/ls2k/tgt_machdep.c中的init_loongarch函数。在这个阶段，PMON会完成更多的初始化工作，并准备跳转到C语言编写的代码部分。
• 执行C语言代码：一旦PMON跳转到内存中的代码，它就可以使用栈和C语言编写的函数了。接下来的代码会继续进行硬件初始化、环境变量设置、PCI设备初始化等工作，并最终加载和执行操作系统内核。
  

为了更好的理解启动流程，以下是对pmon.bin.c生成过程的详细解释，以及它如何与biosdata和gzrom.bin相关联：

pmon.bin.c的生成过程
1.编译PMON源码：

• 首先，需要编译ls2k的PMON源码。PMON是一种固件，用于处理处理器的启动和电源管理。
• 在编译过程中，会生成多个目标文件（*.o），这些文件位于Targets/LS2K/compile/ls2k目录下。
  

2.链接生成elf文件：

• 使用链接脚本（如Targets/LS2K/conf/ld.script）将这些目标文件链接成一个elf格式的文件，即pmon。
• 这个elf文件包含了PMON的所有代码和数据。
  

3.去除符号表并压缩：

• elf文件通常包含符号表，这些符号表在最终的产品中是不需要的。因此，需要去除符号表，得到pmon.bin文件。
• 接着，使用gzip命令对pmon.bin文件进行压缩，得到pmon.bin.gz文件。
  

4.转换为C数组：

• 为了将pmon.bin.gz文件嵌入到C代码中，使用bin2c工具将其转换为一个C数组。这个数组就是biosdata，它保存在pmon.bin.c文件中。
• 在这个过程中，pmon.bin.gz文件的内容被读取并转换为一个字符数组的形式，这个数组在C代码中可以被直接访问和使用。
  

biosdata与gzrom.bin的关联
1.biosdata的作用：

• biosdata是一个在pmon.bin.c文件中定义的数组，它包含了PMON固件的所有代码和数据（经过压缩）。
• 在PMON的启动过程中，这个数组会被解压并加载到内存中，以执行PMON的代码。
  

2.gzrom.bin的生成：

• gzrom.bin文件是通过将zload.o和start.o等文件链接而成，并去除了符号表得到的。
• 其中，zload.o包含了initmips.c和pmon.bin.c等文件的编译结果，而pmon.bin.c文件又包含了biosdata数组。
• 因此，gzrom.bin文件间接地包含了biosdata数组的内容。
  

3.启动流程中的使用：

• 在龙芯处理器的启动过程中，gzrom.bin文件会被加载到内存中，并解压执行其中的代码。
• 这个过程中，会跳转到initmips函数中执行，而initmips函数又会使用到biosdata数组中的数据来初始化PMON固件。
  

二 start.S 启动概述

1.            .globl        _start
   
2.            .globl        start
   
3.            .globl        __main
   
4. _start:
   
5. start:
   
6.            .globl        stack
   
7. stack = start + LOCK_CACHE_SIZE         /* Place PMON stack in the end of 2M RAM */
   
8. 
   

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……一系列初始化

1. start_now:
   
2. 
   
3.              bnez        s0, 1f
   
4. 
   
5.              li.w        a0, 128
   
6.              la        ra, init_loongarch  #跳转到init_loongarch函数
   
7.              jirl        zero, ra, 0

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三 在zloader.ls2k/init_loongarch.c中init_loongarch(…) 概述

1. 
   
2. void realinit_loongarch();
   
3. void init_loongarch(unsigned long long msize)
   
4. {
   
5.         unsigned long i;
   
6.         char * biosdata_flash = (unsigned long long)biosdata & 0xfffffULL | 0x1c000000ULL | (0x900000000f010000 & (0xffULL << 56));
   
7.         char * biosdata_mem = (0x900000000f010000 - sizeof(biosdata)) & ~0xffULL;
   
8. 
   
9.         early_printf("Copy Bios to memory ");        //Copy the biosdata from flash to the memory
   
10.         for (i = 0; i < sizeof(biosdata); i += sizeof(unsigned long)) {
    
11.                 *(volatile unsigned long*)(biosdata_mem + i) = *(volatile unsigned long*)(biosdata_flash + i);
    
12.         }
    
13.         early_printf("OK, Uncompressing Bios");
    
14.         while(1) {
    
15.                 if(run_unzip(biosdata_mem, 0x900000000f010000) >= 0)
    
16.                         break;
    
17.         }
    
18.         memset((void *)0x900000000f27a228, 0, 0x900000000f2ec678 - 0x900000000f27a228);        //clear bss
    
19.         memset((void *)0x900000000f010000 - 0x1000, 0, 0x1000);        //0x900000000f010000-0x1000 for frame(registers),memset for pretty
    
20.         early_printf("OK, Booting Bios\r\n");
    
21.         realinit_loongarch(msize);
    
22. }
    
23. 
    
24. 
    
25. void realinit_loongarch(unsigned long long msize)
    
26. {
    
27.         __asm__ ("li.d  $r3,0x900000000f010000-0x4000;\n" \
    
28.                 "        li.d $r12,0x900000000f0af8f0;\n" \      //该地址就是Targets/LS2K/ls2k/tgt_machdep.c中的init_loongarch(...)函数地址
    
29.                 "        move $r4,%0;\n" \
    
30. 
    
31.                 "        jirl $r0,$r12, 0;\n" \
    
32.                 :
    
33.                   : "r" (msize)
    
34.                 : "$r3", "$r12");
    
35. }

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2.函数 realinit_loongarch(unsigned long long msize)

• 参数: msize - 内存大小，传递给BIOS初始化函数。
• 功能: 使用内联汇编跳转到BIOS的初始化函数。
  

四 在Targets/LS2K/ls2k/tgt_machdep.c中 init_loongarch(…)概述

1. void init_loongarch(unsigned long long tgt_memsz)
   
2. {
   
3.         unsigned int hi;
   
4.         unsigned short i;
   
5. 
   
6.         unlock_scache(LOCK_CACHE_BASE, LOCK_CACHE_SIZE);
   
7.         //core1 run wait_for_smp_call function in ram
   
8.         asm volatile("st.d %1,%0,0x20;"::"r"(0x800000001fe01100),"r"(&slave_main));
   
9. 
   
10.         mem_win_cfg(tgt_memsz);
    
11. 
    
12. #ifdef CONFIG_UART0_SPLIT
    
13.         readq(LS2K1000_GENERAL_CFG1) |= 0xe;
    
14. #endif
    
15.         /*enable float */
    
16.         tgt_fpuenable();
    
17. 
    
18.         get_memorysize(tgt_memsz);
    
19. 
    
20.         mul_pin_def_cfg();
    
21. 
    
22.         /*
    
23.          *  Probe clock frequencys so delays will work properly.
    
24.          */
    
25. 
    
26.     ls2k_i2c_init(0, LS2K1000_I2C0_REG_BASE);
    
27.     ls2k_i2c_init(0, LS2K1000_I2C1_REG_BASE);
    
28.         tgt_cpufreq();
    
29.         SBD_DISPLAY("DONE", 0);
    
30. 
    
31.         /*
    
32.          *  Init PMON and debug
    
33.          */
    
34.         cpuinfotab[0] = &DBGREG;
    
35. 
    
36.         dbginit(NULL);
    
37. 
    
38.         bcopy(LoongArchException, (char *)GEN_EXC_VEC, LoongArchExceptionEnd - LoongArchException);
    
39.         cpu_set_ebase();
    
40.         cpu_set_tlb_ebase();
    
41.         tgt_printf("set ebase done\n");
    
42. 
    
43.         /*
    
44.          *  Set up exception vectors.
    
45.          */
    
46.         SBD_DISPLAY("BEV1", 0);
    
47.         printf("BEV in SR set to zero.\n");
    
48. 
    
49. #if NNAND
    
50. #ifdef CONFIG_LS2K_NAND
    
51.         readq(LS2K1000_GENERAL_CFG0) |= (1 << 9);
    
52.         ls2k_nand_init();
    
53. #else
    
54.         /*nand pin as gpio*/
    
55.         readq(LS2K1000_GENERAL_CFG0) &= ~(1 << 9);
    
56. #endif
    
57. #if NSPINAND_MT29F || NSPINAND_LLD
    
58.         ls2k_spi_nand_probe();
    
59. #endif
    
60. #if NM25P80
    
61.         ls2k_m25p_probe();
    
62. #endif
    
63. #else
    
64.         /*nand pin as gpio*/
    
65.         readq(LS2K1000_GENERAL_CFG0) &= ~(1 << 9);
    
66. #endif
    
67. 
    
68. #ifdef DTB
    
69.         verify_dtb();
    
70. #endif
    
71.         clear_pcie_inter_irq();
    
72. 
    
73.         /*
    
74.          * Launch!
    
75.          */
    
76.         main();
    
77. }

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以下是对该函数主要操作的解释：

• 解锁缓存：通过调用unlock_scache函数，解锁指定基地址和大小的缓存区域。这是为了确保后续的内存访问不会受到缓存的限制。
• 核心间通信：使用内联汇编指令st.d，将slave_main函数的地址写入到一个特定的内存位置（0x800000001fe01100），这可能是为了通知另一个核心（如核心1）执行wait_for_smp_call函数。
• 内存窗口配置：调用mem_win_cfg函数，根据tgt_memsz参数配置内存窗口。
• UART配置：如果定义了CONFIG_UART0_SPLIT，则修改UART0的相关配置。
• 启用浮点运算：通过调用tgt_fpuenable函数，启用浮点运算单元。
• 获取内存大小：调用get_memorysize函数，根据tgt_memsz参数进一步处理或确认内存大小。
• 多引脚默认配置：通过mul_pin_def_cfg函数，设置多个引脚的默认配置。
• 时钟频率探测：初始化I2C接口，并调用tgt_cpufreq函数探测CPU时钟频率，确保延时操作能正确工作。
• 显示初始化状态：通过SBD_DISPLAY宏显示初始化过程中的一些状态信息。
• 调试和PMON初始化：设置调试寄存器信息，初始化调试功能，复制异常向量表到指定位置，设置异常基地址（ebase）。
• 异常向量设置：通过设置SR寄存器中的BEV位为0，使异常向量位于低地址空间。
• NAND和SPI NAND初始化：根据编译时的配置，初始化NAND闪存或SPI NAND闪存。如果未配置使用NAND，则将相关引脚配置为GPIO。
• 设备树验证：如果定义了DTB，则验证设备树。
• 清除PCIe中断：通过clear_pcie_inter_irq函数清除PCIe相关的中断。
• 启动主程序：最后，调用main函数启动主程序。