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pmon启动流程概述

文档创建者：LINUX课程
浏览次数：123
最后更新：2024-11-22
本帖最后由 LINUX课程 于 2024-11-25 09:18 编辑

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
image.jpg
  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 */

复制代码
……一系列初始化
  1. start_now:

  3.              bnez        s0, 1f

  5.              li.w        a0, 128
  6.              la        ra, init_loongarch  #跳转到init_loongarch函数
  7.              jirl        zero, ra, 0
复制代码

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

  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;

  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. }


  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" \

  31.                 "        jirl $r0,$r12, 0;\n" \
  32.                 :
  33.                   : "r" (msize)
  34.                 : "$r3", "$r12");
  35. }
复制代码
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
image.jpg

  1. void init_loongarch(unsigned long long tgt_memsz)
  2. {
  3.         unsigned int hi;
  4.         unsigned short i;

  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));

  10.         mem_win_cfg(tgt_memsz);

  12. #ifdef CONFIG_UART0_SPLIT
  13.         readq(LS2K1000_GENERAL_CFG1) |= 0xe;
  14. #endif
  15.         /*enable float */
  16.         tgt_fpuenable();

  18.         get_memorysize(tgt_memsz);

  20.         mul_pin_def_cfg();

  22.         /*
  23.          *  Probe clock frequencys so delays will work properly.
  24.          */

  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);

  31.         /*
  32.          *  Init PMON and debug
  33.          */
  34.         cpuinfotab[0] = &DBGREG;

  36.         dbginit(NULL);

  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");

  43.         /*
  44.          *  Set up exception vectors.
  45.          */
  46.         SBD_DISPLAY("BEV1", 0);
  47.         printf("BEV in SR set to zero.\n");

  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

  68. #ifdef DTB
  69.         verify_dtb();
  70. #endif
  71.         clear_pcie_inter_irq();

  73.         /*
  74.          * Launch!
  75.          */
  76.         main();
  77. }
复制代码
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。


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