基于AM335x的U-Boot/SPL 的CCS 调试_ccs am335x uboot

 在基于Linux的AM335x软件开发流程中，第一步就是U-Boot/SPL（SecondProgram Loader）的移植。在移植中遇到问题比较常见，而U-Boot/SPL的调试手段比较简陋，不便于迅速找到问题。利用仿真器可以单步调试的特点，就可以迅速定位到出问题的代码所在位置，加速移植的调试过程。本文主要介绍如何用CCS+emulator调试基于AM335x的U-Boot/SPL。

 

1.    AM335x  Linux启动过程以及U-Boot/SPL调试代码的准备

1.1 AM335x Linux的启动过程

AM335x Linux的启动主要包括ROM，SPL， U-Boot 和kernel四个启动步骤：

A.   ROM code

ROM code是固化在芯片内部的代码，当上电时序正确，而且晶振等芯片启动所需的条件都具备时，AM335x会从ROM code开始运行。

ROM code首先会读取sys_boot引脚上的配置，以确定存放SPL的存储器，或者可以获取SPL的外设。

具体可以参考AM335x technical reference manual中的第26章 Initialization。

ROM code会从相应的地方读取/获取SPL，并运行SPL。

B.   SPL

SPL和U-Boot 是bootloader的两个阶段。这里分为两个阶段的原因是， ROM code中不会配置DDR，时钟等最小系统，所以ROM code只能把bootloader加载到片上SRAM中，而片上SRAM对成本影响很大，所以通常很小，例如在AM335x上只有64K，不足够放下整个U-Boot，所以将U-Boot分成两部分，SPL和U-Boot。

SPL主要的职责就是初始化DDR，时钟等最小系统，以读取U-Boot，并加载到DDR中。具体来看，SPL 由ROM code加载到片上SRAM的起始位置，也就是0x402F0400。SPL会进一步对芯片进行配置，主要包括以下几个方面以完成其主要职责：

a.    配置ARM core。 主要包括对中断向量表，cache，MMU等的配置。

b.   配置时钟系统，主要是PLL等。这个是配置各个功能模块的基础。

c.    配置UART，timer等。主要用于输出必要的调试信息，或者提供些时钟工具。

d.   配置I2C和PMIC。这个主要是为了配置电源管理芯片。

e.   配置DDR。

f.     配置 U-Boot所在的存储器或者外设。

完成配置后，SPL会读取U-Boot，并运行U-Boot。

C.   U-Boot

U-Boot 主要的工作就是正确加载Kernel。和SPL类似，U-Boot也是要加载下一个阶段的image，但是U-Boot提供了更多外设的支持和更多的调试工具。所以，U-Boot也要进行各个模块的配置，上述SPL配置的部分， 除了DDR外，U-Boot也会根据需求重新配置（这里重置主要是U-Boot是一个开源工程，其要兼容某些特殊的芯片，从而需要做重载）。此外，U-Boot也会对网口，SD卡等根据需求进行配置。

U-Boot 和SPL的工作流程比有一点是有较大差异的，就是会对自身进行一次重载。这个在后面介绍U-Boot调试的时候，会有具体介绍。

完成配置后，U-Boot 会从相应的存储器或者外设读取Kernel，并传递参数给kernel，运行kernel。

D.   Kernel

Kernel运行起来就代表Linux运行起来了，表明了启动过程的结束。

1.2           U-Boot/SPL 调试代码的准备

1.2.1下载U-Boot/SPL 代码

U-Boot/SPL的代码在一个包里面，通过编译宏来分别编译。目前TI U-Boot/SPL 代码发布主要有两个渠道，具体如下

A.   通过GIT开源的方式发布：

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

可以获取最新的代码，包含了最新的bug的修复。

B.   通过TI的官网的EZSDK发布：

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

EZSDK是正式发布的软件包，经过全面测试，性能稳定，U-Boot/SPL在board-support 目录中。可以选择EZSDK作为开发的基础代码。当有问题时， 可到GIT上查找最新的代码是否有bug fix。

 

1.2.2 U-Boot/SPL的编译。

为了便于用CCS进行调试， 在编译上需要注意两点，其一，是要加入调试信息，就是为了加入symbol等信息；其二，去掉编译器的性能优化编译选项，这个主要是因为，优化后的代码执行顺序相对C代码会有调整。

针对这两点，在Uboot/SPL中，需要在config.mk中进行修改：

A.   在CFLAG 和 AFLAG中加入调试编译选项,从而加入调试信息：

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

 

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

 

B.   去掉 CFLAG中的编译选项， -O2（U-Boot中默认是-O2）

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

 

编译过程可以参考http://processors.wiki.ti.com/index.php/AM335x_U-Boot_User%27s_Guide

 

 

 

 

 

1.2.3 可执行文件

经过编译后，就会生成可执行文件，也就是我们通常所说的image，这里会生成的image主要用AM335xLinux启动的两个阶段，MLO(SPL)和U-Boot。

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

A.   am335/U-Boot-am33x/MLO 负责AM335x启动的第一阶段。

B.   U-Boot-spl 作为带有调试信息的image，可以在CCS中用作导入调试信息。

C.   U-Boot-spl.bin 包含有调试信息，是调试时需要的image。

D.   U-Boot-spl.map 这个文件里面存储了spl的memory map信息，可以找到各函数入口的地址。

 

U-Boot生成的image在U-Boot-am33x/am335x中，具体如下：

A.   U-Boot.img负责AM335x启动的第二阶段

B.   U-Boot 包含有调试信息，属于ELF格式，是调试时需要的image。

C.   U-Boot.map这个文件里面存储了U-Boot的memory map信息，可以找到各函数入口的地址

 

2.    调试环境的准备

调试环境主要包含3个部分，仿真器，集成调试环境和开发板。下面将逐一介绍：

2.1 仿真器（emulator）

目前支持AM335x的仿真器的型号比较多，有XDS560v2,XDS510，XDS100v2, XDS100v3,等，比较常见的是XDS560v2和XDS100v2。

       XDS560v2，性能好，速度快，具有trace功能，但是价格偏贵。  XDS100v2价格比较便宜。 其具备和XDS560v2一样的基本调试功能，只是XDS100v2的速度相对略慢。

      XDS560v2和XDS100v2在PC机上的驱动(Windows,Linux)都已经包含在CCS中了，所以安装了最新版的CCS，就会安装相应的驱动。

 

 

 

2.2 集成开发环境

TI有自己的集成开发环境（IDE）CCS.目前最新的版本是基于Eclipse IDE架构的，界面新颖方便。

   下载地址 http://processors.wiki.ti.com/index.php/Download_CCS。

   CCS有Windows版本和Linux 版本，后面会在介绍调试过程中具体介绍两者的差异。

 

2.3 开发板

目前，针对不同的应用，TI发布了基于AM335x的多个开发板。其中BeagleBone，Starter Kit和ICE上配置了基于FT2232的xds100v2。而GPEVM和IDK上引出了CTI JTAG接口。

这里选择GP EVM和 Spectrum DigitalXDS560v2 作为调试平台。

3． CCS 调试Uboot/SPL的具体步骤

     下面正式开始CCS的调试。调试的过程主要分为导入U-Boot/SPL 工程， CCS 连接AM335x，代码调试等几个部分。

3.1 导入CCS代码。

     在CCS中， Menu File -> Import … 选择 Makefile 方式导入，如下图所示：

 

在ezsdk中，U-Boot/SPL所对应的Makefile的具体路径如下：

/home/sitara/ti-sdk-am335x-evm-05.05.00.00/board-support/U-Boot-2011.09-psp04.06.00.08

如前面所提到，U-Boot 和SPL的源码在同一个文件夹的，通过不同的Makefile管理不同的编译宏来区分的。这里导入的是U-Boot的代码对应的Makefile，会相应的导入U-Boot对应的预编译选项，因为其包含了所有的代码。而对于SPL，也会相应的一起带入，只是在CCS中看到的代码的宏定义有些不对，但这个不影响调试。

  

3.2           CCS 连接 AM335x.

主要分成仿真器的连接，target连接和Debug配置等几部分：

3.2.1 仿真器的连接

     对于 AM335x GP EVM选用Spectrum DigitalXDS560v2 的20 pin的接口板，连在baseboard的J2口上即可，注意pin脚的顺序，不要把JTAG 接口插反了。

     对于beaglebone，StarterKit，ICE等，这些板子已经把XDS100v2 仿真器集成到板子上了，所以直接用usb线连到PC机上即可。

A.   CCS的配置

      CCS的配置主要包括Target的配置和连接两部分。

 

a.    Target 配置

Target的配置包含两个部分，一个是仿真器（XDS560v2），另一个就是SOC（AM335x）。具体操作如下：

        i.       View -> Target Configurations 

       ii.       点右键选择New Target Configuration.

       iii.       新建一个叫做AM335_EVM的target.

      iv.       Connection中选择 Spectrum Digital XDS560V2 STM USB Emulator.

       v.       对于XDS100v2 , 可以选择 Texas InstrumentsXDS100v2 USB Emulator.

      vi.       在Board or Device 中选择AM335x.

     vii.       点击Save 保存。

    viii.       点击Test Connection 看是否能够正常连接。

配置target成功后，会看到如下界面

 

          

3.2.2 Target 连接

A.   右键选中Target Configurations中已配置好的target，AM335x_EVM.ccxml， 在右键菜单中选择Launch SelectedConfiguration，连接成功后，可以得到下图

    此时，PC 和仿真器以及仿真器和SOC的JTAG连接成功，但是ARM core还没有连上。从图中可以看到，有多个core的配置选项，由于U-Boot/SPL,Linux 运行在ARM coretex-A8 core上，这里只关注ARM core。

B.   在Debug窗口中，右键点击CortxA8 core, 选择Connect Target. 连接成功后,如下图所示：

此时，已经成功连上AM335x的Cortex-A8 core了。

3.2.3 Debug配置

         这里的debug配置，是对emulator连上core后行为的设置。     可以通过鼠标右键点击properties，得到以下界面：

 

在该页配置中，在调试过程需要调整的就是Auto RunOptions，可以根据需要设置，当加载了image后，core自动运行到指定的symbol，并且被JTAG接口所停住

3.3 SPL的调试

      调试U-Boot/SPL的方式有两种，主要涉及如何加载image：一种是把image通过JTAG下载到片上RAM或者DDR中，然后导入symbol，重置 PC指针到image的入口处，进行调试；另一种，把image烧到SD卡或者其他启动存储器上，启动板子，通过JTAG停住core的PC指针，导入symbol，重置 PC指针到image的入口处，进行调试。

下面会在具体步骤中说明这两种方式如何操作：

 

     A.     下载SPL image到AM335x中。

如果AM335x是从SD卡方式启动，此时 SPL image已经被ROM code成功读到片上 RAM中，就不需要加载 SPLimage了。

如果选择SPL image通过CCS下载，鼠标左键选择CortxA8core ， 然后在CCS菜单中， Tools -> Load Memory， 选择编译好的SPL image U-Boot-spl.bin，如下图所示：

      选择加载的地址。由于加载的U-Boot-spl.bin是RAW data，所以需要指定loadaddress，这个地址就是SPL的入口地址

对于AM335x，SPL的入口地址是0x402F0400，对应的宏定义为CONFIG_SPL_TEXT_BASE， 该宏定义在include/configs/am335x_evm.h中。通过编译出的map文件U-Boot-spl.map也可以查到，是__startsymbol对应的地址。

     设定加载image内型。 由于所有的代码都是运行在ARM（32bit）模式下。所以Type-size也要设成32bit。设置界面如下：

      最后点击Finish，SPL就会被load到片上RAM中了。如果在console窗口中有错误信息，需要把SPL image重新加载 一遍。

 

     B.     加载 symbol。

在上一步里，只是加载了RAW image，还没有加载调试所需要的带有调试信息的symbol。

    可以通过Run -> Load -> LoadSymbols 加载symbol信息，界面如下：

 

这里选择的是带有symbol信息的U-Boot-spl.

     C.     设置Cortex-A8 core到ARM状态。

ARM core 启动后，默认在Thumb（16bit）模式下，如前面所说，需要将其切换到ARM（32bit）下。具体做法是，View->Registers, 展开CPSR寄存器，把T位设置为0。界面如下：

 

 

 

 

     D.     SPL的单步调试。

a.     从SPL编译的memory map可知，SPL从0x402f0400开始执行，所以首先就要把寄存器PC的值设为0x402f0400。可以通过View->Registers中设置PC指针的值即可, 界面如下，将红色框里面的改为0x402f0400即可。

b.   点击Debug窗口(view->debug)上tool bar中的汇编单步按钮，如下图所示，就开始调试了。

 

这时，在反汇编窗口（view->disassembly）中，如下图所示，看到的是汇编代码，而且在编辑窗口这边看不到源码。这是由于开始执行的代码在/arch/arm/cpu/armv7/start.s 中，反汇编和汇编一样，所以没有显示源码。

    同时，可以看到PC指针运行到0x402f0458处。这里只是单步执行了一条指令，为什么跳过了这么大块地址？这里的单步运行，指令地址空间跳转了n指令，而不是一条指令，这是因为0x402f0400处存放的是异常中断向量表，通过默认启动的入口跳到reset symbol对应的地址了，也就是在0x402f0400处跳转到0x402f0458了，具体代码（arch/arm/cpu/armv7/start.S）如下：

 

      _start: b  reset

reset:                                                                           

     bl  save_boot_params       

 

      接下来，可以在C代码中设置断点，进行调试了。有两点值得注意:

                    i.       如果编译的时候，交叉编译器的性能优化选项是开着的，那么优化后编译生成的代码，其执行循序和C源码有差别，这时设置断点时，其实际的位置不会很准。所以，这里可以根据需要，决定是否关闭-O2选项。

                   ii.       在CCS中，把core停下来时，CCS会根据image中调试信息所包含的源码路径，找到对应的源码和symbol。由于U-Boot/SPL是在Linux中编译，所以其路径都是Linux下的路径，所以Linux版本的CCS可以直接找到对应的源码，而对于Windows版本的CCS不能直接找到，需要通过手动找到源码，但是找到一个文件的源码后，CCS会根据相对路径找到其他文件。除了这点外，Linux和Windows的CCS配置使用是一样的。

3.4 U-Boot的调试

      总体来说， U-Boot的调试过程和SPL调试过程是类似的，这里主要说明不同的几点：

A.   从AM335x的启动过程可知，U-Boot是运行在DDR中的，而DDR是由SPL来初始化的，所以，加载U-Boot前，先加载并运行SPL。

B.   加载U-Boot 的image是 U-Boot。 这里U-Boot 是ELF格式的， 其包含了加载地址， symbol等信息，所以使用CCS 菜单 Run-> Load-> LoadProgram, 加载U-Boot 即可。加载成功后, 如下图所示：

      如图所示， PC直接指到0x80100000地址了，也就是U-Boot的起始地址（入口）了，该地址是CCS从头ELF头里面得到的，其定义在CONFIG_SYS_TEXT_BASE（include/configs/am335x_evm.h）中。

C. 相对 SPL 的调试， U-Boot有个地方不同，即有代码的重载（code relocation）, 重载后代码的在SOC上的memory map和编译出的memory map会有个偏移。这个过程是在函数relocate_code()中完成的。 relocate_code()函数是在board_init_f()中调用的，如果需要调试从调用该函数开始后面的代码，则加上偏移重载symbol。

    在CCS的菜单， Run-> Load -> Add Symbols, 加载的image还是前面的U-Boot, data/code offset 都是0x9FF88000。 这里的offset是从gd->relocaddr（arch/arm arch/arm/lib/board.c）得到的。设置界面如下：

     

注意到上述几点，然后就可以按照SPL的调试过程对U-Boot进行调试了。

4.     总结

    关于用CCS+emulator对AM335x的U-Boot/SPL的调试就介绍完了。这里介绍的方法，包含了CCS+emulator调试的基本原则，不仅仅可以运用于U-Boot/SPL调试，也 可以运用于 Starterware ， Kernel 等调试。