基于AM335x的U-Boot/SPL 的CCS 調(diào)試 - 全文

　　在基于Linux的AM335x軟件開(kāi)發(fā)流程中，第一步就是U-Boot/SPL（SecondProgram Loader）的移植。在移植中遇到問(wèn)題比較常見(jiàn)，而U-Boot/SPL的調(diào)試手段比較簡(jiǎn)陋，不便于迅速找到問(wèn)題。利用仿真器可以單步調(diào)試的特點(diǎn)，就可以迅速定位到出問(wèn)題的代碼所在位置，加速移植的調(diào)試過(guò)程。本文主要介紹如何用CCS+emulator調(diào)試基于AM335x的U-Boot/SPL。

　　1. AM335x Linux啟動(dòng)過(guò)程以及U-Boot/SPL調(diào)試代碼的準(zhǔn)備

　　1.1 ［url=］AM335x Linux［/url］的啟動(dòng)過(guò)程

　　AM335x Linux的啟動(dòng)主要包括ROM，SPL， U-Boot 和kernel四個(gè)啟動(dòng)步驟：

　　A. ROM code

　　ROM code是固化在芯片內(nèi)部的代碼，當(dāng)上電時(shí)序正確，而且晶振等芯片啟動(dòng)所需的條件都具備時(shí)，AM335x會(huì)從ROM code開(kāi)始運(yùn)行。

　　ROM code首先會(huì)讀取sys_boot引腳上的配置，以確定存放SPL的存儲(chǔ)器，或者可以獲取SPL的外設(shè)。

　　具體可以參考AM335x technical reference manual中的第26章 Initialization。

　　ROM code會(huì)從相應(yīng)的地方讀取/獲取SPL，并運(yùn)行SPL。

　　B. SPL

　　SPL 和U-Boot 是bootloader的兩個(gè)階段。這里分為兩個(gè)階段的原因是， ROM code中不會(huì)配置DDR，時(shí)鐘等最小系統(tǒng)，所以ROM code只能把bootloader加載到片上SRAM中，而片上SRAM對(duì)成本影響很大，所以通常很小，例如在AM335x上只有64K，不足夠放下整個(gè)U-Boot，所以將U-Boot分成兩部分，SPL和U-Boot。

　　SPL主要的職責(zé)就是初始化DDR，時(shí)鐘等最小系統(tǒng)，以讀取U-Boot，并加載到DDR中。具體來(lái)看，SPL 由ROM code加載到片上SRAM的起始位置，也就是0x402F0400。SPL會(huì)進(jìn)一步對(duì)芯片進(jìn)行配置，主要包括以下幾個(gè)方面以完成其主要職責(zé)：

　　a. 配置ARM core。 主要包括對(duì)中斷向量表，cache，MMU等的配置。

　　b. 配置時(shí)鐘系統(tǒng)，主要是PLL等。這個(gè)是配置各個(gè)功能模塊的基礎(chǔ)。

　　c. 配置UART，timer等。主要用于輸出必要的調(diào)試信息，或者提供些時(shí)鐘工具。

　　d. 配置I2C和PMIC。這個(gè)主要是為了配置電源管理芯片。

　　e. 配置DDR。

　　f. 配置 U-Boot所在的存儲(chǔ)器或者外設(shè)。

　　完成配置后，SPL會(huì)讀取U-Boot，并運(yùn)行U-Boot。

　　C. U-Boot

　　U-Boot 主要的工作就是正確加載Kernel。和SPL類(lèi)似，U-Boot也是要加載下一個(gè)階段的image，但是U-Boot提供了更多外設(shè)的支持和更多的調(diào)試工具。所以，U-Boot也要進(jìn)行各個(gè)模塊的配置，上述SPL配置的部分， 除了DDR外，U-Boot也會(huì)根據(jù)需求重新配置（這里重置主要是U-Boot是一個(gè)開(kāi)源工程，其要兼容某些特殊的芯片，從而需要做重載）。此外，U- Boot也會(huì)對(duì)網(wǎng)口，SD卡等根據(jù)需求進(jìn)行配置。

　　U-Boot 和SPL的工作流程比有一點(diǎn)是有較大差異的，就是會(huì)對(duì)自身進(jìn)行一次重載。這個(gè)在后面介紹U-Boot調(diào)試的時(shí)候，會(huì)有具體介紹。

　　完成配置后，U-Boot 會(huì)從相應(yīng)的存儲(chǔ)器或者外設(shè)讀取Kernel，并傳遞參數(shù)給kernel，運(yùn)行kernel。

　　D. Kernel

　　Kernel運(yùn)行起來(lái)就代表Linux運(yùn)行起來(lái)了，表明了啟動(dòng)過(guò)程的結(jié)束。

　　1.2 U-Boot/SPL 調(diào)試代碼的準(zhǔn)備

　　1.2.1下載U-Boot/SPL 代碼

　　U-Boot/SPL的代碼在一個(gè)包里面，通過(guò)編譯宏來(lái)分別編譯。目前TI U-Boot/SPL 代碼發(fā)布主要有兩個(gè)渠道，具體如下

　　A. 通過(guò)GIT開(kāi)源的方式發(fā)布：

　　git://arago-project.org/git/projects/U-Boot-am33x.git

　　可以獲取最新的代碼，包含了最新的bug的修復(fù)。

　　B. 通過(guò)TI的官網(wǎng)的EZSDK發(fā)布：

　　http://software-dl.ti.com/dsps/dsps_public_sw/am_bu/sdk/AM335xSDK/latest/index_FDS.html

　　EZSDK是正式發(fā)布的軟件包，經(jīng)過(guò)全面測(cè)試，性能穩(wěn)定，U-Boot/SPL在board-support 目錄中?？梢赃x擇EZSDK作為開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)代碼。當(dāng)有問(wèn)題時(shí)， 可到GIT上查找最新的代碼是否有bug fix。

　　1.2.2 U-Boot/SPL的編譯

　　為了便于用CCS進(jìn)行調(diào)試， 在編譯上需要注意兩點(diǎn)，其一，是要加入調(diào)試信息，就是為了加入symbol等信息；其二，去掉編譯器的性能優(yōu)化編譯選項(xiàng)，這個(gè)主要是因?yàn)?，?yōu)化后的代碼執(zhí)行順序相對(duì)C代碼會(huì)有調(diào)整。

　　針對(duì)這兩點(diǎn)，在Uboot/SPL中，需要在config.mk中進(jìn)行修改：

　　A. 在CFLAG 和 AFLAG中加入調(diào)試編譯選項(xiàng)，從而加入調(diào)試信息：

　　278ALL_AFLAGS = $（AFLAGS） $（AFLAGS_$（BCURDIR）/$（@F）） $（AFLAGS_$（BCURDIR）） –g

　　279ALL_CFLAGS = $（CFLAGS） $（CFLAGS_$（BCURDIR）/$（@F）） $（CFLAGS_$（BCURDIR）） –g

　　B. 去掉 CFLAG中的編譯選項(xiàng)， -O2（U-Boot中默認(rèn)是-O2）

　　61 HOSTCFLAGS = -Wall -Wstrict-prototypes -O2-fomit-frame-pointer

　　編譯過(guò)程可以參考http://processors.wiki.ti.com/index.php/AM335x_U-Boot_User%27s_Guide

　　1.2.3 可執(zhí)行文件

　　經(jīng)過(guò)編譯后，就會(huì)生成可執(zhí)行文件，也就是我們通常所說(shuō)的image，這里會(huì)生成的image主要用AM335xLinux啟動(dòng)的兩個(gè)階段，MLO（SPL）和U-Boot。

　　這里，SPL生成的image在am335/U-Boot-am33x/am335x/spl中，

　　A. am335/U-Boot-am33x/MLO 負(fù)責(zé)AM335x啟動(dòng)的第一階段。

　　B. U-Boot-spl 作為帶有調(diào)試信息的image，可以在CCS中用作導(dǎo)入調(diào)試信息。

　　C. U-Boot-spl.bin 包含有調(diào)試信息，是調(diào)試時(shí)需要的image。

　　D. U-Boot-spl.map 這個(gè)文件里面存儲(chǔ)了spl的memory map信息，可以找到各函數(shù)入口的地址。

　　U-Boot生成的image在U-Boot-am33x/am335x中，具體如下：

　　A. U-Boot.img負(fù)責(zé)AM335x啟動(dòng)的第二階段

　　B. U-Boot 包含有調(diào)試信息，屬于ELF格式，是調(diào)試時(shí)需要的image。

　　C. U-Boot.map這個(gè)文件里面存儲(chǔ)了U-Boot的memory map信息，可以找到各函數(shù)入口的地址

　　調(diào)試U-Boot/SPL的方式有兩種，主要涉及如何加載image：一種是把image通過(guò)JTAG下載到片上RAM或者DDR中，然后導(dǎo)入 symbol，重置 PC指針到image的入口處，進(jìn)行調(diào)試；另一種，把image燒到SD卡或者其他啟動(dòng)存儲(chǔ)器上，啟動(dòng)板子，通過(guò)JTAG停住core的PC指針，導(dǎo)入 symbol，重置 PC指針到image的入口處，進(jìn)行調(diào)試。

　　下面會(huì)在具體步驟中說(shuō)明這兩種方式如何操作：

　　A. 下載SPL image到AM335x中。

　　如果AM335x是從SD卡方式啟動(dòng)，此時(shí) SPL image已經(jīng)被ROM code成功讀到片上 RAM中，就不需要加載 SPLimage了。

　　如果選擇SPL image通過(guò)CCS下載，鼠標(biāo)左鍵選擇CortxA8core ， 然后在CCS菜單中， Tools -》 Load Memory， 選擇編譯好的SPL image U-Boot-spl.bin，如下圖所示：

　　選擇加載的地址。由于加載的U-Boot-spl.bin是RAW data，所以需要指定loadaddress，這個(gè)地址就是SPL的入口地址

　　對(duì)于AM335x，SPL的入口地址是0x402F0400，對(duì)應(yīng)的宏定義為CONFIG_SPL_TEXT_BASE， 該宏定義在include/configs/am335x_evm.h中。通過(guò)編譯出的map文件U-Boot-spl.map也可以查到，是 __startsymbol對(duì)應(yīng)的地址。

　　設(shè)定加載image內(nèi)型。 由于所有的代碼都是運(yùn)行在ARM（32bit）模式下。所以Type-size也要設(shè)成32bit。設(shè)置界面如下：

　　最后點(diǎn)擊Finish，SPL就會(huì)被load到片上RAM中了。如果在console窗口中有錯(cuò)誤信息，需要把SPL image重新加載 一遍。

　　B. 加載 symbol。

　　在上一步里，只是加載了RAW image，還沒(méi)有加載調(diào)試所需要的帶有調(diào)試信息的symbol。

　　可以通過(guò)Run -》 Load -》 LoadSymbols 加載symbol信息，界面如下：

　　這里選擇的是帶有symbol信息的U-Boot-spl.

　　C. 設(shè)置Cortex-A8 core到ARM狀態(tài)。

　　ARM core 啟動(dòng)后，默認(rèn)在Thumb（16bit）模式下，如前面所說(shuō)，需要將其切換到ARM（32bit）下。具體做法是，View-》Registers， 展開(kāi)CPSR寄存器，把T位設(shè)置為0。界面如下：

　　D. SPL的單步調(diào)試。

　　a. 從SPL編譯的memory map可知，SPL從0x402f0400開(kāi)始執(zhí)行，所以首先就要把寄存器PC的值設(shè)為0x402f0400?？梢酝ㄟ^(guò) View-》Registers中設(shè)置PC指針的值即可， 界面如下，將紅色框里面的改為0x402f0400即可。

　　b. 點(diǎn)擊Debug窗口（view-》debug）上tool bar中的匯編單步按鈕，如下圖所示，就開(kāi)始調(diào)試了。

　　這時(shí)，在反匯編窗口（view-》disassembly）中，如下圖所示，看到的是匯編代碼，而且在編輯窗口這邊看不到源碼。這是由于開(kāi)始執(zhí)行的代碼在/arch/arm/cpu/armv7/start.s 中，反匯編和匯編一樣，所以沒(méi)有顯示源碼。

　　同時(shí)，可以看到PC指針運(yùn)行到0x402f0458處。這里只是單步執(zhí)行了一條指令，為什么跳過(guò)了這么大塊地址？這里的單步運(yùn)行，指令地址空間跳轉(zhuǎn)了n指令，而不是一條指令，這是因?yàn)?x402f0400處存放的是異常中斷向量表，通過(guò)默認(rèn)啟動(dòng)的入口跳到reset symbol對(duì)應(yīng)的地址了，也就是在0x402f0400處跳轉(zhuǎn)到0x402f0458了，具體代碼（arch/arm/cpu/armv7 /start.S）如下：

　　_start： b reset

　　reset：

　　bl save_boot_params

　　接下來(lái)，可以在C代碼中設(shè)置斷點(diǎn)，進(jìn)行調(diào)試了。有兩點(diǎn)值得注意：

　　i. 如果編譯的時(shí)候，交叉編譯器的性能優(yōu)化選項(xiàng)是開(kāi)著的，那么優(yōu)化后編譯生成的代碼，其執(zhí)行循序和C源碼有差別，這時(shí)設(shè)置斷點(diǎn)時(shí)，其實(shí)際的位置不會(huì)很準(zhǔn)。所以，這里可以根據(jù)需要，決定是否關(guān)閉-O2選項(xiàng)。

　　ii. 在CCS中，把core停下來(lái)時(shí)，CCS會(huì)根據(jù)image中調(diào)試信息所包含的源碼路徑，找到對(duì)應(yīng)的源碼和symbol。由于U-Boot/SPL是在 Linux中編譯，所以其路徑都是Linux下的路徑，所以Linux版本的CCS可以直接找到對(duì)應(yīng)的源碼，而對(duì)于Windows版本的CCS不能直接找到，需要通過(guò)手動(dòng)找到源碼，但是找到一個(gè)文件的源碼后，CCS會(huì)根據(jù)相對(duì)路徑找到其他文件。除了這點(diǎn)外，Linux和Windows的CCS配置使用是一樣的。

　　3.4 U-Boot的調(diào)試

　　總體來(lái)說(shuō)， U-Boot的調(diào)試過(guò)程和SPL調(diào)試過(guò)程是類(lèi)似的，這里主要說(shuō)明不同的幾點(diǎn)：

　　A. 從AM335x的啟動(dòng)過(guò)程可知，U-Boot是運(yùn)行在DDR中的，而DDR是由SPL來(lái)初始化的，所以，加載U-Boot前，先加載并運(yùn)行SPL。

　　B. 加載U-Boot 的image是 U-Boot。 這里U-Boot 是ELF格式的， 其包含了加載地址， symbol等信息，所以使用CCS 菜單 Run-》 Load-》 LoadProgram， 加載U-Boot 即可。加載成功后， 如下圖所示：

　　如圖所示， PC直接指到0x80100000地址了，也就是U-Boot的起始地址（入口）了，該地址是CCS從頭ELF頭里面得到的，其定義在CONFIG_SYS_TEXT_BASE（include/configs/am335x_evm.h）中。

　　C. 相對(duì) SPL 的調(diào)試， U-Boot有個(gè)地方不同，即有代碼的重載（code relocation）， 重載后代碼的在SOC上的memory map和編譯出的memory map會(huì)有個(gè)偏移。這個(gè)過(guò)程是在函數(shù)relocate_code（）中完成的。 relocate_code（）函數(shù)是在board_init_f（）中調(diào)用的，如果需要調(diào)試從調(diào)用該函數(shù)開(kāi)始后面的代碼，則加上偏移重載symbol。

　　在CCS的菜單， Run-》 Load -》 Add Symbols， 加載的image還是前面的U-Boot， data/code offset 都是0x9FF88000。 這里的offset是從gd-》relocaddr（arch/arm arch/arm/lib/board.c）得到的。設(shè)置界面如下：

　　注意到上述幾點(diǎn)，然后就可以按照SPL的調(diào)試過(guò)程對(duì)U-Boot進(jìn)行調(diào)試了。

　　4. 總結(jié)

　　關(guān)于用CCS+emulator對(duì)AM335x的U-Boot/SPL的調(diào)試就介紹完了。這里介紹的方法，包含了CCS+emulator調(diào)試的基本原則，不僅僅可以運(yùn)用于U-Boot/SPL調(diào)試，也可以運(yùn)用于Starterware，Kernel等調(diào)試。