U-boot环境参数实现分析

U-boot中通过环境参数保存一些配置,这些配置可以通过修改环境参数、保存环境参数、读取环境参数等操作进行灵活的配置,便于调试开发。这篇文章主要来分析一下u-boot中环境参数的实现。文章主要分为四个部分,第一是环境参数的存储格式,第二部分是环境参数的初始化,第三部分是环境参数的读取,第四个部分是环境参数保存过程。

首先,我们来看一下环境参数的存储格式。一般嵌入式系统的第一个分区是boot分区,而环境参数一般会采用一种格式保存到boot代码区之后,当然,这个位置不能超出第一个分区的边界。

typedef struct environment_s
{
unsigned long crc; /* CRC32 over data bytes */
#ifdef CFG_REDUNDAND_ENVIRONMENT
unsigned char flags; /* active/obsolete flags */
#endif
unsigned char data[ENV_SIZE]; /* Environment data */
} env_t;

环境参数就是以这样的格式存储到flash上的,其中crc表示对整个环境参数数据的校验码。Data中保存环境参数,参数的组织格式是这样的。
static uchar default_environment[] =
{
#if defined(CONFIG_BOOTARGS)
"bootargs=" CONFIG_BOOTARGS "\0"
#endif
#if defined(CONFIG_BOOTCOMMAND)
"bootcmd=" CONFIG_BOOTCOMMAND "\0"
#endif
#if defined(CONFIG_RAMBOOTCOMMAND)
"ramboot=" CONFIG_RAMBOOTCOMMAND "\0"
#endif
#if defined(CONFIG_NFSBOOTCOMMAND)
"nfsboot=" CONFIG_NFSBOOTCOMMAND "\0"
#endif
#if defined(CONFIG_BOOTDELAY) && (CONFIG_BOOTDELAY >= 0)
"bootdelay=" MK_STR (CONFIG_BOOTDELAY) "\0"
#endif
#if defined(CONFIG_BAUDRATE) && (CONFIG_BAUDRATE >= 0)
"baudrate=" MK_STR (CONFIG_BAUDRATE) "\0"
#endif
#ifdef CONFIG_LOADS_ECHO
"loads_echo=" MK_STR (CONFIG_LOADS_ECHO) "\0"
#endif
#ifdef CONFIG_ETHADDR
"ethaddr=" MK_STR (CONFIG_ETHADDR) "\0"
#endif
#ifdef CONFIG_ETH1ADDR
"eth1addr=" MK_STR (CONFIG_ETH1ADDR) "\0"
#endif
#ifdef CONFIG_ETH2ADDR
"eth2addr=" MK_STR (CONFIG_ETH2ADDR) "\0"
#endif
#ifdef CONFIG_ETH3ADDR
"eth3addr=" MK_STR (CONFIG_ETH3ADDR) "\0"
#endif
#ifdef CONFIG_ETHPRIME
"ethprime=" CONFIG_ETHPRIME "\0"
#endif
#ifdef CONFIG_IPADDR
"ipaddr=" MK_STR (CONFIG_IPADDR) "\0"
#endif
#ifdef CONFIG_SERVERIP
"serverip=" MK_STR (CONFIG_SERVERIP) "\0"
#endif
#ifdef CFG_AUTOLOAD
"autoload=" CFG_AUTOLOAD "\0"
#endif
#ifdef CONFIG_ROOTPATH
"rootpath=" MK_STR (CONFIG_ROOTPATH) "\0"
#endif
#ifdef CONFIG_GATEWAYIP
"gatewayip=" MK_STR (CONFIG_GATEWAYIP) "\0"
#endif
#ifdef CONFIG_NETMASK
"netmask=" MK_STR (CONFIG_NETMASK) "\0"
#endif
#ifdef CONFIG_HOSTNAME
"hostname=" MK_STR (CONFIG_HOSTNAME) "\0"
#endif
#ifdef CONFIG_BOOTFILE
"bootfile=" MK_STR (CONFIG_BOOTFILE) "\0"
#endif
#ifdef CONFIG_LOADADDR
"loadaddr=" MK_STR (CONFIG_LOADADDR) "\0"
#endif
#ifdef CONFIG_PREBOOT
"preboot=" CONFIG_PREBOOT "\0"
#endif
#ifdef CONFIG_CLOCKS_IN_MHZ
"clocks_in_mhz=" "1" "\0"
#endif
#if defined(CONFIG_PCI_BOOTDELAY) && (CONFIG_PCI_BOOTDELAY > 0)
"pcidelay=" MK_STR (CONFIG_PCI_BOOTDELAY) "\0"
#endif
#ifdef CONFIG_EXTRA_ENV_SETTINGS
CONFIG_EXTRA_ENV_SETTINGS
#endif
"\0" /* Termimate env_t data with 2 NULs */
};
实际上就是”xxxx=xxxx”’\0’”xxxxx=xxxxxx”’\0’,每个环境变量之间用NULL隔开
U-boot的环境变量最开始是保存在flash上的,在u-boot第二阶段中会将环境变量从flash上读到内存里,并进行相应的初始化。
/*最开始,调用env_init函数对环境变量进行初始化,
这里暂时不考虑ENV_IS_EMBEDDED的情况,所以,初始化
工作就是设置env_addr地址,并设置env_valid为有限
*/
int env_init(void)
{
#if defined(ENV_IS_EMBEDDED)
ulong total;
int crc1_ok = 0, crc2_ok = 0;
env_t *tmp_env1, *tmp_env2;

total = CFG_ENV_SIZE;

tmp_env1 = env_ptr;
tmp_env2 = (env_t *)((ulong)env_ptr + CFG_ENV_SIZE);

crc1_ok = (crc32(0, tmp_env1->data, ENV_SIZE) == tmp_env1->crc);
crc2_ok = (crc32(0, tmp_env2->data, ENV_SIZE) == tmp_env2->crc);

if (!crc1_ok && !crc2_ok)
gd->env_valid = 0;
else if(crc1_ok && !crc2_ok)
gd->env_valid = 1;
else if(!crc1_ok && crc2_ok)
gd->env_valid = 2;
else
{
/* both ok - check serial */
if(tmp_env1->flags == 255 && tmp_env2->flags == 0)
gd->env_valid = 2;
else if(tmp_env2->flags == 255 && tmp_env1->flags == 0)
gd->env_valid = 1;
else if(tmp_env1->flags > tmp_env2->flags)
gd->env_valid = 1;
else if(tmp_env2->flags > tmp_env1->flags)
gd->env_valid = 2;
else /* flags are equal - almost impossible */
gd->env_valid = 1;
}

if (gd->env_valid == 1)
env_ptr = tmp_env1;
else if (gd->env_valid == 2)
env_ptr = tmp_env2;
#else /* ENV_IS_EMBEDDED */
gd->env_addr = (ulong)&default_environment[0];
gd->env_valid = 1;
#endif /* ENV_IS_EMBEDDED */

return (0);
}
初始化环境变量地址为default值之后,调用下面env_relocate函数具体分配内存空间,将环境变量从flash中读到内存中来,完成初始化过程
void env_relocate (void)
{
DEBUGF ("%s[%d] offset = 0x%lx\n", __FUNCTION__, __LINE__,
gd->reloc_off);

/*后面需要从flash中读出环境变量来,首先分配一块buffer来装这些数据
这里调用malloc分配空间,env_ptr指向这个空间*/
env_ptr = (env_t *)malloc (CFG_ENV_SIZE);
DEBUGF ("%s[%d] malloced ENV at %p\n", __FUNCTION__, __LINE__, env_ptr);

/*
* After relocation to RAM, we can always use the "memory" functions
*/
env_get_char = env_get_char_memory;

if (gd->env_valid == 0)
{
#if defined(CONFIG_GTH) || defined(CFG_ENV_IS_NOWHERE) /* Environment not changable */
puts ("Using default environment\n\n");
#else
puts ("*** Warning - bad CRC, using default environment\n\n");
SHOW_BOOT_PROGRESS (-1);
#endif

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

memset (env_ptr, 0, sizeof(env_t));
memcpy (env_ptr->data,
default_environment,
sizeof(default_environment));
#ifdef CFG_REDUNDAND_ENVIRONMENT
env_ptr->flags = 0xFF;
#endif
env_crc_update ();
gd->env_valid = 1;
}
else
{
/*调用下面的函数完成具体的环境参数读取动作*/
env_relocate_spec ();
}
/*将环境变量具体内存中buffer位置赋值给env_addr中*/
gd->env_addr = (ulong) & (env_ptr->data);

}
具体的读操作通过env_relocate_spec来说完成,u-boot根据flash种类不同,这个函数的实现方式也不一样。对于nandflash的实现,这个函数定义在env_nand.c这个文件中。函数具体实现如下
void env_relocate_spec (void)
{
#if !defined(ENV_IS_EMBEDDED)
ulong total = CFG_ENV_SIZE;
int ret;

#ifdef CONFIG_SURPORT_WINCE
nand_read_options_t opts;
memset(&opts, 0, sizeof(opts));

opts.buffer = (u_char *)env_ptr;
opts.length = total;
opts.offset = CFG_ENV_OFFSET;
opts.readoob = 0;
opts.quiet = 1;
opts.noecc = 1;
opts.nocheckbadblk = 1;
ret = nand_read_opts(&nand_info[0], &opts);

#else
ret = nand_read(&nand_info[0], CFG_ENV_OFFSET, &total, (u_char *)env_ptr);
#endif
if (ret || total != CFG_ENV_SIZE)
return use_default();

if (crc32(0, env_ptr->data, ENV_SIZE) != env_ptr->crc)
return use_default();
#endif /* ! ENV_IS_EMBEDDED */
}
前面介绍了环境变量初始化的过程,在完成了初始化之后。U-boot其它部分的代码在要调用环境变的时候可以调用相应的接口读取。这个接口就是getenv
char *getenv (char *name)
{
int i, nxt;
WATCHDOG_RESET();

for (i = 0; env_get_char(i) != '\0'; i = nxt + 1)
{
int val;

for (nxt = i; env_get_char(nxt) != '\0'; ++nxt)
{
if (nxt >= CFG_ENV_SIZE)
{
return (NULL);
}
}
if ((val = envmatch((uchar *)name, i)) < 0)
continue;
return ((char *)env_get_addr(val));
}
return (NULL);
}
Getenv函数就是在gd->env_addr这个buffer中不断的寻找name相对应的字符串,找到这个字符串”name=xxxxxx”之后将第一个x的地址返回。
本文还需要分析一下的就是对环境参数的保存,如果通过u-boot命令setenv修改了环境参数,我们必须还要通过saveenv将修改的参数保存在能在下次启动是继续使用设置的参数
int saveenv(void)
{
ulong total;
int ret = 0;

puts ("Erasing Nand...");
if (nand_erase(&nand_info[0], CFG_ENV_OFFSET, CFG_ENV_SIZE))
return 1;

puts ("Writing to Nand... ");
total = CFG_ENV_SIZE;
ret = nand_write(&nand_info[0], CFG_ENV_OFFSET, &total, (u_char *)env_ptr);
if (ret || total != CFG_ENV_SIZE)
return 1;

puts ("done\n");
return ret;
}
这个函数比较简单,首先就是擦除相应部分的flash,然后将环境变量结构体写到对应的flash部分,我分析的mini2440中环境变量的偏移地址是256K,总共大小为64K
#define CFG_ENV_OFFSET 0x40000
#define CFG_ENV_SIZE 0x10000 /* Total Size of Environment Sector */

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