uboot 和内存地址

前言

在使用 uboot 升级的时候，有个疑问：
通过 tftp 下载的 bin 文件，我该暂存在哪段内存空间？换句话说，哪段内存空间可供我存放临时数据？
带着这个疑问，开启今天的 uboot 和内存地址研究之旅。

环境

硬件：OrangePi PC（H3）

bdinfo

在 uboot 命令行中，使用 bdinfo 命令查看板子信息

=> bdinfo
boot_params = 0x40000100
DRAM bank   = 0x00000000
-> start    = 0x40000000
-> size     = 0x40000000
memstart    = 0x40000000
memsize     = 0x40000000
flashstart  = 0x00000000
flashsize   = 0x00000000
flashoffset = 0x00000000
baudrate    = 115200 bps
relocaddr   = 0x7df96000
reloc off   = 0x33f96000
Build       = 32-bit
current eth = ethernet@1c30000
ethaddr     = 02:81:e6:56:d9:1f
IP addr     = <NULL>
fdt_blob    = 0x79f6ef30
new_fdt     = 0x79f6ef30
fdt_size    = 0x00006fa0
FB base     = 0x7e000000
lmb_dump_all:memory.cnt		   = 0x1memory.size		   = 0x0memory.reg[0x0].base   = 0x40000000.size   = 0x40000000reserved.cnt	   = 0x1reserved.size	   = 0x0reserved.reg[0x0].base = 0x79f6dd24.size = 0x60922dc
arch_number = 0x00000000
TLB addr    = 0x7fff0000
irq_sp      = 0x79f6ef20
sp start    = 0x79f6ef10
Early malloc usage: 2b8 / 400

可以看到，内存起始地址为 0x40000000，大小为 0x40000000，所以范围是 0x40000000~0x7FFFFFFF，这和我们在内核中查看 /proc/iomem 得到的内存范围一致

# cat /proc/iomem 
...
40000000-7fffffff : System RAM40008000-40afffff : Kernel code40c00000-40d268d7 : Kernel data

内存起始地址

又冒出一个疑问，内存起始地址 0x40000000 是谁规定的？
这个通常是在 SoC 数据手册中 Memory mapping 这一节规定的，查看 H3 芯片的数据手册
在这里插入图片描述
看到 DRAM 使用的物理地址范围为 0x40000000-0xBFFFFFFF，共 2G 范围，这也决定了 H3 最大支持 2GB 内存。
我们板子上焊接的是两片 512MB 的 DDR 颗粒，共 1GB，所以内存地址范围是 0x40000000~0x7FFFFFFF。

uboot 起始地址

讲了那么多，uboot 会被加载到内存的哪个地址呢？是内存的起始地址 0x40000000？还是中间位置 0x60000000？
这得从 uboot 源码和链接脚本中找寻。
uboot 是没有使用虚拟内存地址的，直接跑在物理内存上，所以 uboot 在被编译链接时，肯定指定了代码的入口地址，这个地址肯定落在 0x40000000~0x7FFFFFFF 这个范围内

CONFIG_SYS_TEXT_BASE

在 uboot 的 .config 和 Makefile 文件中，使用 CONFIG_SYS_TEXT_BASE 宏来指定代码的入口地址

.config

CONFIG_SYS_TEXT_BASE=0x4a000000

Makefile

LDFLAGS_u-boot += -Ttext $(CONFIG_SYS_TEXT_BASE)

验证

liyongjun@Box:~/project/board/buildroot$ OrangePiPC/host/bin/arm-linux-readelf -h OrangePiPC/build/uboot-2020.10/u-boot
ELF Header:Magic:   7f 45 4c 46 01 01 01 00 00 00 00 00 00 00 00 00 Class:                             ELF32Data:                              2's complement, little endianVersion:                           1 (current)OS/ABI:                            UNIX - System VABI Version:                       0Type:                              EXEC (Executable file)Machine:                           ARMVersion:                           0x1Entry point address:               0x4a000000Start of program headers:          52 (bytes into file)Start of section headers:          3872012 (bytes into file)Flags:                             0x5000200, Version5 EABI, soft-float ABISize of this header:               52 (bytes)Size of program headers:           32 (bytes)Number of program headers:         4Size of section headers:           40 (bytes)Number of section headers:         37Section header string table index: 36

可以看到 uboot 的入口地址确实是 0x4a000000

uboot 验证

uboot 读取 0x4a000000
在这里插入图片描述
u-boot.bin 二进制内容

可以看到，uboot 使用命令从 0x4a000000 处读到的内容就是 u-boot.bin 的内容。
这也充分证实了：SPL 已经将 uboot 程序加载到了内存地址 0x4a000000 处。

空闲内存

那么 0x40000000 ~ 0x4a000000 这段内存空间（160MB），uboot 没有使用，我们可以用这段内存来暂存 tftp 下载的文件。

=> tftp 42000000 u-boot-sunxi-with-spl.bin
Using ethernet@1c30000 device
TFTP from server 192.168.31.223; our IP address is 192.168.31.32
Filename 'u-boot-sunxi-with-spl.bin'.
Load address: 0x42000000
Loading: ##################################1.4 MiB/s
done
Bytes transferred = 498944 (79d00 hex)

使用 tftp 命令，从 server 下载 u-boot-sunxi-with-spl.bin，存放在内存 0x42000000 处，大小共 498944B。

写入 SD 卡

=> mmc write 42000000 10 3ce              MMC write: dev # 0, block # 16, count 974 ... 974 blocks written: OK

将暂存在内存的 u-boot-sunxi-with-spl.bin 文件写入 SD 卡来完成升级操作。
0x42000000 为内存地址
0x10 为 SD 卡的块号，一个块为 512 字节，我们需要从 SD 卡偏移 8KB 的位置开始写入
0x3ce 为写入的块数，0x3ce = 974 = 498944 / 512

写入 SD 卡后，重启就行了

=> reset
resetting ...U-Boot SPL 2020.10 (Nov 08 2023 - 22:15:30 +0800)
DRAM: 1024 MiB
Trying to boot from MMC1U-Boot 2020.10 (Nov 08 2023 - 22:15:30 +0800) Allwinner TechnologyCPU:   Allwinner H3 (SUN8I 1680)
Model: Xunlong Orange Pi PC
DRAM:  1 GiB
MMC:   mmc@1c0f000: 0

检查编译日期，可以看到升级成功了。

uboot 升级到内存

为了快速验证 uboot 功能，我们可以直接将 uboot 升级到内存，无需写入 SD 卡
以下两组命令都是可以的，使用 u-boot-sunxi-with-spl.bin 的话，要注意计算好 uboot 在该文件中的偏移，使得 uboot 的起始落在 0x4a000000 处就可以了。

setenv serverip 192.168.31.223
setenv ipaddr 192.168.31.32
tftp 0x4a000000 u-boot.bin
go 4a000000

setenv serverip 192.168.31.223
setenv ipaddr 192.168.31.32
tftp 0x49FF7FC0 u-boot-sunxi-with-spl.bin
go 4a000000