捋一捋IMX6ULL的Uboot是如何初始化片上外设的——以串口为例_imx6ull如何实现外设初始化的

        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.h
 
typedef 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();
    else
        dev = serial_current;
 
     /* We must have a console device */
    if (!dev) {
    #ifdef CONFIG_SPL_BUILD
        puts("Cannot find console\n");
        hang();
    #else
        panic("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！