解决DM368 UBL读取UBoot无法启动的问题

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• 解决DM368 UBL读取UBoot无法启动的问题
• 0. 问题描述
• 1. 卡死原因分析
• • 1.1 UBL启动流程
  • 1.2. 启动异常点分析
• 2. 修改烧录工具SFT，正确写入多份UBoot
• • 2.1 修改点
  • 2.2 测试
• 3. 循环自恢复
• • 3.1 自恢复的逻辑
  • 3.2 自恢复功能的实现
  • • 3.2.1 初始化缓冲区
    • 3.2.2 页对页复制的实现
    • 3.2.3 定位最后一块Block的位置和检测的实现
    • 3.2.4 检测非最后一块的UBoot的实现
    • 3.2.5 恢复功能的实现逻辑
• 4. 总结

解决DM368 UBL读取UBoot无法启动的问题

0. 问题描述

最近遇到了一个DM368突然无法启动的问题。

问题现象：开机后无法加载Uboot，卡死在UBL处，现象大概为在0x19处找到MagicNum后未正常进入系统，跳到0x1a找到第二个MagicNumber后卡死

1. 卡死原因分析

初步分析启动流程，卡死原因是UBL启动时加载了错误的UBoot。

1.1 UBL启动流程

UBL启动的流程如下（主要函数在Common\ubl\src\nandboot.c里的NANDBOOT_copy()中）：

1. 启动后，从UBoot分区读取每块的第一页，并检测第一页的前4个字节是否为Magic Number：0xA1ACED**

   NAND_startAgain:
   if (blockNum > DEVICE_NAND_UBL_SEARCH_END_BLOCK)
   {return E_FAIL;  // NAND boot failed and return fail to main
   }
   for (count = blockNum;count <= DEVICE_NAND_UBL_SEARCH_END_BLOCK;count++)
   {if (NAND_readPage(hNandInfo, count, 0,rxBuf) != E_PASS){DEBUG_printString("NAND_readPage Fail at #");DEBUG_printHexInt(count);DEBUG_printString(".\r\n");continue;}magicNum = ((Uint32 *)rxBuf)[0];/* Valid magic number found */if ((magicNum & 0xFFFFFF00) == MAGIC_NUMBER_VALID){blockNum = count;DEBUG_printString("Valid magicnum, ");DEBUG_printHexInt(magicNum);DEBUG_printString(", found in block ");DEBUG_printHexInt(blockNum);DEBUG_printString(".\r\n");break;}
   }
   // Never found valid header in any page 0 of any of searched blocks
   if (count > DEVICE_NAND_UBL_SEARCH_END_BLOCK)
   {DEBUG_printString("No valid boot image found!\r\n");return E_FAIL;
   }
   

2. 读取到了Magic Number之后，会将后续的几个启动系统的数据进行保存，用于加载U-Boot：

   gNandBoot.entryPoint = *(((Uint32 *)(&rxBuf[4])));/* 1.UBoot程序入口点 */
   gNandBoot.numPage = *(((Uint32 *)(&rxBuf[8])));   /* 2.UBoot总共占用的页数 */
   gNandBoot.block = *(((Uint32 *)(&rxBuf[12])));   /* 3.这份UBoot存在系统的哪一个Block */
   gNandBoot.page = *(((Uint32 *)(&rxBuf[16])));   /* 4.这份UBoot在本块的起始页 */
   gNandBoot.ldAddress = *(((Uint32 *)(&rxBuf[20])));   /* 5.Uboot在内存中加载到的地方 */
   

   UBoot中使用nand dump命令，可以查到nand中这些数据的存储如下（以存放在第一分区的UBoot为例）：

   U-boot > nand dump 320000  //0x320000 = 0x19(Block) * 64 (Pages/Block) * 2048(Bytes/Page)
   Page 00320000 dump:66 ed ac a1 00 00 08 81  9e 00 00 00 19 00 00 0001 00 00 00 00 00 08 81  ff ff ff ff ff ff ff ff这个CPU是Little-Endian的，所以需要字节倒序：
   Magic number = 66 ed ac a1 = 0xa1aced66，指示系统类型
   entryPoint = 0x81080000，U-Boot会从这里启动
   numPage = 0x0000009e，指示UBoot占用0x9e页
   block = 0x00000019，说明这份UBoot从第0x19个Block开始读取
   page = 0x00000001，即UBoot在这个Block的第一页
   ldAddress = 0x81080000，UBoot将会被加载到这个地址
   

3. 设置内存区域。所有调用UTIL_allocMem函数的内存分配都必须在这些语句执行之前完成。

   if ((magicNum == UBL_MAGIC_BIN_IMG) || (magicNum == UBL_MAGIC_DMA))  //内存的分配操作需要在这一条语句之前结束……
   {// Set the copy location to final run locationrxBuf = (Uint8 *)gNandBoot.ldAddress;// Free temp memory rxBuf used to point toUTIL_setCurrMemPtr((void *)((Uint32)UTIL_getCurrMemPtr() - (APP_IMAGE_SIZE >> 1)));
   }
   

4. 读取UBoot的数据复制到启动地址，如果读取出错则回到第一步查找下一个分区(Magic Number)

   NAND_retry:
   /* initialize block and page number to be used for read */
   block = gNandBoot.block;
   page = gNandBoot.page;
   // Perform the actual copying of the application from NAND to RAM
   for (i = 0; i < gNandBoot.numPage; i++)
   {// if page goes beyond max number of pages increment block number and reset page numberif (page >= hNandInfo->pagesPerBlock){page = 0;block++;}readError = NAND_readPage(hNandInfo, block,page++, (&rxBuf[i * (hNandInfo->dataBytesPerPage)]));  /* Copy the data */// We attempt to read the app data twice.  If we fail twice then we go look for a new// application header in the NAND flash at the next block.if (readError != E_PASS){if (failedOnceAlready){blockNum++;DEBUG_printString("Start Again From Block:");DEBUG_printHexInt(blockNum);DEBUG_printString("\r\n");goto NAND_startAgain;  //重试失败，查找下一个Magic Number}else{failedOnceAlready = TRUE;   //每次读取失败，重试读取一次DEBUG_printString("failed At Block:");DEBUG_printHexInt(blockNum);DEBUG_printString(".Retry.\r\n");goto NAND_retry;}}
   }// Application was read correctly, so set entrypoint
   gEntryPoint = gNandBoot.entryPoint;
   return E_PASS;
   

5. 回到启动流程启动UBoot。

1.2. 启动异常点分析

从0中的问题描述可以看出，在读取0x19 Block里的UBoot时，检测到发生了ECC错误，导致无法读取本块UBoot，跳到下一块UBoot（0x1C）进行读取。

进入UBoot，读取Nand中位于0x1C的数据（地址为0x1C(Block) * 64(Page/Block) * 2048(Byte/Page) = 0x380000），发现第一页是正常的Magic Number，第二页本应该是UBoot的内容，却被写入了垃圾数据。

初步分析，问题应该是读取第一块UBoot失败后，读取了第二块区域的垃圾数据导致启动失败。

而由于检测数据有效性的手段仅有ECC，因此程序本身无法判断第二块区域是否为正常的UBoot数据，导致启动失败。

从上述分析中我们能够得出以下2个初步结论：

1. 启动失败原因：读取第一块UBoot失败后，读取了第二块区域的垃圾数据。
2. 垃圾数据的来源应该是烧写时烧写工具通过正常写入流程写入的，因此这些垃圾数据也有正常的ECC。

结合上述分析，可以初步判断368的烧写工具存在Bug，虽然做了多UBoot的备份逻辑，但是实际上只写入了1份UBoot。

2. 修改烧录工具SFT，正确写入多份UBoot

2.1 修改点

烧录工具分为SFH/SFT两部分。前者是电脑上运行的程序，后者是通过串口传输到手机上手机运行的程序。

烧录软件时，SFH会先将SFT通过串口烧录到板子上，板子接收到串口传输的SFT后启动烧录系统，再接收UBL和UBoot进行烧写。

结合上述分析流程可知，问题出在SFT写入的流程中。

分析sft代码（路径：flash-utils\Common\sft\src\uartboot.c），发现问题出在函数LOCAL_NANDWriteHeaderAndData()上。

该函数的流程是，根据UBoot的大小，将UBoot拷贝N份并存储在Flash中。然而，由于烧写工具存在Bug，重复写入时Source指针未复位，导致写入失败。

只需要加入下面两行代码，记录下原始数据srcBuf的首地址，在循环写入时恢复指针指向即可

2.2 测试

测试很简单，使用UBoot的nand命令破坏第一块UBoot数据之后，再重启即可。

进入UBoot，使用命令：

nand erase 0x320000 1

清除掉首地址为0x320000的Block

• nand erase命令使用方法：

  nand erase [addr] [len]
  

  addr是擦除的首地址，由于只能按块擦除，因此首地址只能是每个block的首地址。即该地址需要按照0x20000（1Block*64(Pages/Block)*2048(Bytes/Page) = 0x20000Byte）对齐，否则会报错

  len是擦除长度，一样按照0x20000向上对齐。例如len为1，也按照0x20000擦除整个Block

部分清除掉第一块UBoot后，系统正常从第二块UBoot启动，问题初步解决。

3. 循环自恢复

上面的方法只是创建了多个备份，能够在第一块UBoot数据出错后使用第二块UBoot。但是错误的UBoot数据不会自行恢复，因此应该在启动时加入对UBoot数据的恢复。

3.1 自恢复的逻辑

自恢复的逻辑如下：

3.2 自恢复功能的实现

3.2.1 初始化缓冲区

由于在程序中检测到MagicNumber之后，分配内存函数会无法正常使用：

if ((magicNum == UBL_MAGIC_BIN_IMG) || (magicNum == UBL_MAGIC_DMA))  //内存的分配操作需要在这一条语句之前结束……
{rxBuf = (Uint8 *)gNandBoot.ldAddress;UTIL_setCurrMemPtr((void *)((Uint32)UTIL_getCurrMemPtr() - (APP_IMAGE_SIZE >> 1)));
}

因此需要在这之前给我们的操作分配2Page的缓冲区。

Uint8 *pagebuf1 = NULL,*pagebuf2 = NULL;
Uint32 InitMyBuffer(NAND_InfoHandle hNandInfo)
{pagebuf1 = (Uint8*)UTIL_allocMem(hNandInfo->dataBytesPerPage);pagebuf2 = (Uint8*)UTIL_allocMem(hNandInfo->dataBytesPerPage);if(pagebuf1 == NULL || pagebuf2 == NULL)return E_FAIL;return E_PASS;
}

3.2.2 页对页复制的实现

在恢复过程中，需要进行页对页的复制。逻辑很简单，就是从source读取并写入目的位置。

实现相关函数如下：

Uint32 NANDCopyPage2Page(NAND_InfoHandle hNandInfo, Uint32 srcblock, Uint32 srcpage,Uint32 dstblock, Uint32 dstpage,Uint32 copyBlockCnt, Uint32 copyPageCnt) 
//传入参数：Nand句柄，源Block&page，目的Block&page，要复制的Block和页数
{if (srcblock == dstblock && srcpage == dstpage)  //参数错误{return 0x0BADADD0;}if (copyBlockCnt == 0 && copyPageCnt == 0){return 0x0BADADD1;}Uint32 totalPage = copyBlockCnt *(hNandInfo->pagesPerBlock) + copyPageCnt;  //根据传入的Block和Page计算总共要复制的页数Uint8 *pageBuf;pageBuf = pagebuf2;int i;for (i = 0; i < totalPage; i++){if (NAND_readPage(hNandInfo, srcblock, srcpage,pageBuf) != E_PASS){DEBUG_printString("Error Read Page At Blk ");DEBUG_printHexInt(srcblock);DEBUG_printString(" Page ");DEBUG_printHexInt(srcpage);DEBUG_printString("\r\n");return E_FAIL;}if (NAND_writePage(hNandInfo, dstblock, dstpage,pageBuf) != E_PASS){DEBUG_printString("Error Write Page At Blk ");DEBUG_printHexInt(dstblock);DEBUG_printString(" Page ");DEBUG_printHexInt(dstpage);DEBUG_printString("Mark it as BadBlock.");DEBUG_printString("\r\n");NAND_badBlockMark(hNandInfo, dstblock);return E_FAIL;}srcpage++;if (srcpage >= hNandInfo->pagesPerBlock){srcpage = 0;srcblock++;}dstpage++;if (dstpage >= hNandInfo->pagesPerBlock){dstpage = 0;dstblock++;}}return E_PASS;
}

3.2.3 定位最后一块Block的位置和检测的实现

定位的方法即从当前Block开始往后找，找到最后一个MagicNumber所在的Block：

DEBUG_printString("Locate Last Block U-boot:\r\n");
Uint32 checkcnt, lastcnt, mymgc;
Uint32 rdpage, rdblk;
Uint8 needrecovery = 0;for (checkcnt = blockNum;checkcnt <= DEVICE_NAND_UBL_SEARCH_END_BLOCK;checkcnt++)
{if (NAND_readPage(hNandInfo, checkcnt, 0, pagebuf1) != E_PASS){DEBUG_printString("NAND_readPage Fail at #");DEBUG_printHexInt(checkcnt);DEBUG_printString(".\r\n");continue;}mymgc = ((Uint32 *)pagebuf1)[0];if ((mymgc & 0xFFFFFF00) == MAGIC_NUMBER_VALID){lastcnt = checkcnt;}
}
DEBUG_printString("Last U-Boot is at Blk #");
DEBUG_printHexInt(lastcnt);
DEBUG_printString(".\r\n");

检测数据有效性的方式只能通过ECC进行检测，因此只需要读取所有数据并检测是否有ECC错误就好：

rdpage = 0; rdblk = lastcnt;
for (i = 0; i < gNandBoot.numPage; i++)
{// if page goes beyond max number of pages increment block number and reset page numberif (rdpage >= hNandInfo->pagesPerBlock){rdpage = 0;rdblk++;}readError = NAND_readPage(hNandInfo, rdblk, rdpage++, pagebuf1); /* 读取数据 */if (readError != E_PASS){needrecovery = 1; //读取数据出错，说明ECC校验不通过break;}
}

3.2.4 检测非最后一块的UBoot的实现

在原有读取逻辑中增加变量lastFailedMagicNumBlock，记下最后一次失败的MagicNumber的块数：

NAND_retry:
/* initialize block and page number to be used for read */
block = gNandBoot.block;
page = gNandBoot.page;
// Perform the actual copying of the application from NAND to RAM
for (i = 0; i < gNandBoot.numPage; i++)
{// if page goes beyond max number of pages increment block number and reset page numberif (page >= hNandInfo->pagesPerBlock){page = 0;block++;}readError = NAND_readPage(hNandInfo, block,page++, (&rxBuf[i * (hNandInfo->dataBytesPerPage)]));  /* Copy the data */if (readError != E_PASS){if (failedOnceAlready){lastFailedMagicNumBlock = blockNum;    //---记录下最后一次有MagicNumber的Block---blockNum++;DEBUG_printString("Start Again From Block:");DEBUG_printHexInt(blockNum);DEBUG_printString("\r\n");goto NAND_startAgain;}else{failedOnceAlready = TRUE;DEBUG_printString("failed At Block:");DEBUG_printHexInt(blockNum);DEBUG_printString(".Retry.\r\n");goto NAND_retry;}}
}

之后判断该块数和正常启动的块数之间的差异是否为3Block大小（这里一个UBoot占3Block）

if(lastFailedMagicNumBlock !=0 && lastFailedMagicNumBlock - blockNum >=3 && isMyBufValid == TRUE)
{//恢复数据...
}

3.2.5 恢复功能的实现逻辑

恢复数据需要分4步走：

1. 备份第一页的Magic Number。
2. 按块擦除Nand上的数据。
3. 回写MagicNumber到第一页
4. 从有效区域将UBoot内容回写到有问题的部分

以恢复最后一块UBoot为例：

if (needrecovery == 1)
{//need recoveryDEBUG_printString("Last U-Boot Error\r\n");Uint8 *MagicHeaderPage = pagebuf1;       //只能按块擦除，因此需要备份第一个page的MagicHeaderUint32 TotalBlock = 3;NAND_readPage(hNandInfo, lastcnt, 0, MagicHeaderPage);if (NAND_eraseBlocks(hNandInfo, lastcnt, TotalBlock) != E_PASS)  //擦除有问题的3个Block{DEBUG_printString("Erase Error.\r\n");}DEBUG_printHexInt(TotalBlock);DEBUG_printString("  Erase OK.Now Recovery Magic Num.\r\n");if (NAND_writePage(hNandInfo, lastcnt, 0, MagicHeaderPage) != E_PASS)  //恢复MagicNumber{DEBUG_printString("Write Magic Error.\r\n");}DEBUG_printString("Write Magic OK.\r\n");NANDCopyPage2Page(hNandInfo, blockNum, 1, lastcnt, 1, 0, gNandBoot.numPage); //按页复制Uboot，恢复上个分区的数据DEBUG_printString("Recovery Success.\r\n");
}

4. 总结

1. malloc之类的代码一定要查看return value是否有效
2. uboot下的nand命令对nand设备的读写擦除、mm/md/mw等内存读写命令等的使用要熟悉

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