捋一捋IMX6ULL的Uboot是如何初始化片上外设的——以串口为例

        传统的SoC比如S3C2440，6410或者s5pv210，它们的Uboot在lowlevel_init.S文件中做了很多片上外设的初始化工作，比如配置部分GPIO口的电气属性，配置串口，配置DDR控制器等，配置的过程很简单，简单来说就是这样：

ldr r0,=外设寄存器地址
ldr r1,=寄存器的值
str r1,[r0] @r0和r1只是常用，也可以使用别的寄存器来进行这个过程

        但是NXP的IMX6ULL这款SoC的Uboot，在lowlevel_init.S这个文件中仅仅只是在片内RAM中设置了堆栈，然后划分出一部分区域用于存储struct global_data的值：

ENTRY(lowlevel_init)ldr sp, =CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR @设置sp指针到片内RAM的一块bic sp, sp, #7 @8字节对齐sub sp, sp, #GD_SIZE  @留出struct global_data变量的区域bic sp, sp, #7        mov r9, sp            @把struct global_data变量的起始地方放到r9中push {ip, lr}bl s_init             @对IMX6ULL来说，这个函数是个空函数pop {ip, pc}  ENDPROC(lowlevel_init)

        之后进入到_main函数，这个函数在arch/arm/lib/crt0.S中，对IMX6ULL来说这个函数几乎干了Uboot在启动Linux系统之前的所有事情。

        1、上来重新设置以下堆栈指针，因为上述的lowlevel_init函数把sp指针指向struct global变量的起始地址去了。   

ldr sp, =(CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR)

        2、连续三个函数调用。

mov r0, sp  @进行函数调用的参数传递，把参数放到r0中
bl board_init_f_alloc_reserve      @在片内SRAM留出malloc区域和新的global_data区域
mov sp, r0  @获取函数返回值mov r9, r0
bl board_init_f_init_reserve       @把上述留出的两个区域给清零mov r0, #0
bl board_init_f          @调用board_init_f函数，这个函数非常重要

        boadr_init_f函数非常重要！它的作用有两个：一是初始化部分片上外设，比如串口，LCD接口，定时器等。二是初始化global_data中的所有成员变量，global_data的成员变量中有一大部分是地址信息，描述了外部DDR该如何划分，哪里是malloc区，哪里是重定位的起始地址，哪里是Uboot的终止地址等等。有了这些信息才能进行后续的Uboot代码重定位过程。

        下面来看看board_inif_f函数，该函数位于/uboot/common/board_f.c，这里只摘录函数中的重点：

void board_init_f(ulong boot_flags)
{gd->flags = boot_flags;   //传入值为0，上述代码中有gd->have_console = 0;     //表示还没控制台if (initcall_run_list(init_sequence_f))hang();......
}

        这个initcall_run_list函数会依次执行init_sequence_f这个函数指针数组中的所有函数，这些函数执行成功返回0，失败返回非0值，就会陷入hang()循环。

        这个函数指针数组里的重点函数如下：

static init_fnc_t init_sequence_f[] = {setup_mon_len,//计算整个Uboot的长度board_early_init_f,timer_init,get_clocks,env_init,init_baud_rate,serial_init,console_init_f, display_options,display_text_info, print_cpuinfo,show_board_info,dram_init,setup_dram_config,show_dram_config,setup_dest_addr,reserve_uboot,reserve_malloc,reserve_global_data,reloc_fdt,setup_reloc,.....
}

        串口初始化是在board_init_f中完成的，通过调用这个函数数组中的函数初始化串口。下面来看看Uboot是如何初始化串口的：

        1、board_early_init_f，配引脚。该函数完成了串口所要使用的引脚的复用属性和电气属性的配置，其在board/freescale/mx6ullevk/mx6ullevk.c中定义：

int board_early_init_f(void)
{setup_iomux_uart();//配置串口的引脚复用为uart，具体实现如下return 0;
}//根据引脚配置设置复用属性
static void setup_iomux_uart(void)
{imx_iomux_v3_setup_multiple_pads(uart1_pads, ARRAY_SIZE(uart1_pads));
}//引脚的复用属性宏和电气属性宏
static iomux_v3_cfg_t const uart1_pads[] = {MX6_PAD_UART1_TX_DATA__UART1_DCE_TX | MUX_PAD_CTRL(UART_PAD_CTRL),MX6_PAD_UART1_RX_DATA__UART1_DCE_RX | MUX_PAD_CTRL(UART_PAD_CTRL),
};//以下是电气属性配置的过程的分解步骤#define MUX_PAD_CTRL(x)		((iomux_v3_cfg_t)(x) << MUX_PAD_CTRL_SHIFT)#define MUX_PAD_CTRL_SHIFT 42//位于board/freescale/mx6ullevk/mx6ullevk.c中，宏的组合来达到电气属性的配置#define UART_PAD_CTRL  (PAD_CTL_PKE | PAD_CTL_PUE |     \
PAD_CTL_PUS_100K_UP | PAD_CTL_SPEED_MED |               \
PAD_CTL_DSE_40ohm   | PAD_CTL_SRE_FAST  | PAD_CTL_HYS)//以PAD_CTL_PUS_100K_UP说明这个宏是如何配置引脚的电气属性//位于arch/arm/include/asm/imx-common/iomux-v3.h
#define PAD_CTL_PUE       (0x1 << 4)//位于arch/arm/include/asm/imx-common/iomux-v3.h
#define PAD_CTL_PUS_100K_UP	(2 << 14 | PAD_CTL_PUE)//通过上述两个操作，使得PAD_CTL_PUS_100K_UP这个宏代表了GPIO的一个电气属性的配置值，只需要将这个配置值写入GPIO的控制寄存器即可//引脚复用属性的配置也是一样的道理//位于arch/arm/include/asm/arch/mx6ul_pins.h	MX6_PAD_UART1_TX_DATA__UART1_DCE_TX = IOMUX_PAD(0x0310, 0x0084, 0, 0x0000, 0, 0)//位于arch/arm/include/asm/imx-common/iomux-v3.htypedef u64 iomux_v3_cfg_t#define IOMUX_PAD(pad_ctrl_ofs, mux_ctrl_ofs, mux_mode, sel_input_ofs,  \sel_input, pad_ctrl)                    \(((iomux_v3_cfg_t)(mux_ctrl_ofs) << MUX_CTRL_OFS_SHIFT)     |   \((iomux_v3_cfg_t)(mux_mode)      << MUX_MODE_SHIFT)         |   \((iomux_v3_cfg_t)(pad_ctrl_ofs)  << MUX_PAD_CTRL_OFS_SHIFT) |   \((iomux_v3_cfg_t)(pad_ctrl)      << MUX_PAD_CTRL_SHIFT)     |   \((iomux_v3_cfg_t)(sel_input_ofs) << MUX_SEL_INPUT_OFS_SHIFT)|   \((iomux_v3_cfg_t)(sel_input)     << MUX_SEL_INPUT_SHIFT))//可以看出，最终出来的也是一个要写入寄存器的值。

        总结一下串口的引脚配置过程：

        首先在board/freescale/mx6ullevk/mx6ullevk.c文件中的uart1_pads[]数组中写入引脚的复用属性和电气属性宏。

        然后调用imx_iomux_v3_setup_multiple_pads(uart1_pads, ARRAY_SIZE(uart1_pads))函数把寄存器的值写入到相应的寄存器中。

        2、init_baud_rate，获取波特率存入global_data中。要注意的是波特率的修改是在mx6_common.h中，这个头文件被include/configs/mx6ullevk.h所包含。

//位于uboot/common/board_f.c//从环境变量中读取波特率的值写入到global_data中去static int init_baud_rate(void)
{gd->baudrate = getenv_ulong("baudrate", 10, CONFIG_BAUDRATE);return 0;
}//位于include/configs/mx6_common.h#define CONFIG_BAUDRATE         115200

         3、serial_init函数，通过多层调用实现IMX6ULL的UART1的初始化。该函数位于drivers/serial目录下

int serial_init(void)
{gd->flags |= GD_FLG_SERIAL_READY;return get_current()->start();
}static struct serial_device *get_current(void)
{struct serial_device *dev;if (!(gd->flags & GD_FLG_RELOC))dev = default_serial_console();//此时还未重定位，所以会执行这一句，函数定义如下。else if (!serial_current)dev = default_serial_console();elsedev = serial_current;/* We must have a console device */if (!dev) {#ifdef CONFIG_SPL_BUILDputs("Cannot find console\n");hang();#elsepanic("Cannot find console\n");#endif}return dev;
}//可以看到这是一个弱定义，别处没有定义的话就用这里的，在serial.c中未定义，所以会用这个函数。__weak struct serial_device *default_serial_console(void)
{return &mxc_serial_drv;
}//下面是返回的这个结构体的内容
static struct serial_device mxc_serial_drv = {.name   = "mxc_serial",.start  = mxc_serial_init,.stop   = NULL,.setbrg = mxc_serial_setbrg,.putc   = mxc_serial_putc,.puts   = default_serial_puts,.getc   = mxc_serial_getc,.tstc   = mxc_serial_tstc,
};
//可以看出该结构体中都是函数指针，这些函数实现了IMX6ULL的串口初始化和读写函数//回到最前面，serial_init其实调用的就是mxc_serial_init函数。
static int mxc_serial_init(void)
{__REG(UART_PHYS + UCR1) = 0x0;__REG(UART_PHYS + UCR2) = 0x0;while (!(__REG(UART_PHYS + UCR2) & UCR2_SRST));__REG(UART_PHYS + UCR3) = 0x0704 | UCR3_ADNIMP;__REG(UART_PHYS + UCR4) = 0x8000;__REG(UART_PHYS + UESC) = 0x002b;__REG(UART_PHYS + UTIM) = 0x0;__REG(UART_PHYS + UTS) = 0x0;serial_setbrg();__REG(UART_PHYS + UCR2) = UCR2_WS | UCR2_IRTS | UCR2_RXEN | UCR2_TXEN | UCR2_SRST;__REG(UART_PHYS + UCR1) = UCR1_UARTEN;return 0;
}//其中的函数展开为
void serial_setbrg(void)
{get_current()->setbrg();
}//真正的配置IMX6ULL的串口波特率
static void mxc_serial_setbrg(void)
{u32 clk = imx_get_uartclk();if (!gd->baudrate)gd->baudrate = CONFIG_BAUDRATE;__REG(UART_PHYS + UFCR) = (RFDIV << UFCR_RFDIV_SHF)| (TXTL << UFCR_TXTL_SHF)| (RXTL << UFCR_RXTL_SHF);__REG(UART_PHYS + UBIR) = 0xf;__REG(UART_PHYS + UBMR) = clk / (2 * gd->baudrate);}//上面的宏定义如下
#define UART_PHYS   CONFIG_MXC_UART_BASE
#define __REG(x)     (*((volatile u32 *)(x)))//这些都是寄存器相对于基地址UART_PHYS的偏移
#define URXD  0x0  /* Receiver Register */
#define UTXD  0x40 /* Transmitter Register */
#define UCR1  0x80 /* Control Register 1 */
#define UCR2  0x84 /* Control Register 2 */
#define UCR3  0x88 /* Control Register 3 */
#define UCR4  0x8c /* Control Register 4 */
#define UFCR  0x90 /* FIFO Control Register */
#define USR1  0x94 /* Status Register 1 */
#define USR2  0x98 /* Status Register 2 */
#define UESC  0x9c /* Escape Character Register */
#define UTIM  0xa0 /* Escape Timer Register */
#define UBIR  0xa4 /* BRM Incremental Register */
#define UBMR  0xa8 /* BRM Modulator Register */
#define UBRC  0xac /* Baud Rate Count Register */
#define UTS   0xb4 /* UART Test Register (mx31) *///位于include/configs/mx6ullevk.h，这里选择UART1作为uboot启动时候的串口，可以换成2。
#define CONFIG_MXC_UART_BASE        UART1_BASE

        通过以上三步，Uboot完成了IMX6ULL的串口初始化。

        通过对这个过程的了解，我们在移植Uboot过程中，对于串口，最主要的工作就是在板级文件夹下的.c文件中（uboot/board/freescale/mx6ullevk.c）中修改引脚的复用属性和电气属性，在相应的头文件中修改好波特率和要使用的串口的宏定义。

        其他的片上外设的初始化过程分析，敬请期待！

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