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u-boot 之spl_uboot spl

作者：羊村懒王 | 2024-02-22 12:00:29

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uboot spl

u-boot (3) —— spl_spl uboot_爱洋葱的博客-CSDN博客

转载上面作者文章，作者写的很容易理解。

u-boot 里面，有一个叫做 SPL 的东东，你在看 u-boot 代码的时候，很多地方都可以看到和他相关的东西，这里聊一下这玩意到底是拿来干啥用的；

1、SPL 名字由来

SPL 全称叫做：Secondary Program Loader，看名字，像是一个什么二级加载相关的；实质上，也是二级加载；

众所周知，u-boot 是用来 boot 我们的嵌入式系统的，那直接使用 u-boot 就行了呗，为何还会多出一个 uboot spl 呢？那我们从系统启动开始说起吧；

站在芯片厂商的角度来说，硬件系统一上电，一定是要去某个地址取指令（一般是 0x00000000），然后软件便开始很欢快的运行起来了；通常来讲，SoC 厂家都会做一个 ROM 在 SoC 内部，这个 ROM 很小(成本，你懂的)，里面固化了上电启动的代码（一经固化，永不能改，是芯片做的时候，做进去的）；这部分代码呢，我们管它叫做 BootROM（或者你随便叫也行）笔者常年混迹半导体公司，有幸从头到尾，自己写完过一个这个 BootROM 代码；

换句话来说，上电后，先接管系统的是 SoC 厂家的 BootROM，他要做些什么事情呢？初始化系统，CPU 的配置，关闭看门狗，初始化时钟，初始化一些外设（比如 USB Controller、MMC Controller，Nand Controller 等）；

我们管这个 BootROM 叫做一级启动程序，而排在后面的就叫二级启动，这就是 SPL 名字的由来；

2、SPL 拿来干嘛

2.1、铺垫

为了讲清楚 spl 的用处，我需要先铺垫一点其他东西；

如果是大芯片（不是单片机），外挂了存储设备（eMMC、Nand、SDCard 等）和内存 RAM（SDRAM、DDR 等），通常情况下呢，我们要让系统跑起来，需要先烧写代码，这个烧写代码，其实是将可执行的二进制文件写到外部的存储设备上（eMMC、Nand、SD Card 等）；系统上电启动的时候呢，去把他们读到内存中去执行；

前面我们说了，上电后，其实SoC 厂家自己的 BootROM，其他可执行的程序（u-boot、Kernel）都放（烧写）到了外部存储器是先去执行上；

那么BootROM 的代码除了去初始化硬件环境以外，还需要去外部存储器上面，将接下来可执行的程序读到内存来执行；

既然是读到内存执行，那么这个内存可以不可以是我们板载的 DDR 呢？理论上是可以的，但是，SoC 厂家设计的 DDR 控制器呢，一般会支持很多种类型的 DDR 设备，并且会提供兼容性列表，SoC 厂家怎么可能知道用户 PCB 上到底用了哪种内存呢？所以，直接把外部可执行程序读到 DDR 显然是不太友好的，一般来说呢，SoC 都会做一个内部的小容量的 SRAM （又是成本），BootROM 将外部的可执行程序从存储器中读出来，放到 SRAM 去执行；

好了，现在我们引出了 SRAM，引出了 BootROM；

那么 BootROM 从具体哪个存储器读出二进制文件呢？SoC 厂家一般会支持多种启动方式，比如从 eMMC 读取，从 SDCard 读取，从 Nand Flash 读取等等；上电的时候，需要告诉它，它需要从什么样的外设来读取后面的启动二进制文件；

一般的设计思路是，做一组 Bootstrap Pin，上电的时候呢？BootROM 去采集这几个 IO 的电平，来确认要从什么样的外部存储器来加载后续的可执行文件；

比如呢，2 个 IO，2'b00 表示从 Nand 启动，2'b01 表示从 eMMC 启动，2'b10 表示从 SDCard 启动等等；

当 BootROM 读到这些值后，就会去初始化对应的外设，然后来读取后面要执行的代码；这些 IO 一般来说，会做成板载的拨码开关，用于调整芯片的启动方式；

这里，多说一句，读取烧写的二进制的时候呢，需要注意一些细节，比如，SoC 厂家告诉你，你需要先把 SDCard 初始化称为某种文件系统，然后把东西放进去才有效，之类的；因为文件系统是组织文件的方式，并不是裸分区；你按照 A 文件系统的方式放进去，然后 SoC 的 BootROM 也按照 A 文件系统的方式读出来，才能够达成一致；

2.2、spl

好了，铺垫得够多的了，这里我们回归主题：spl；

前面说了，BootROM 会根据 Bootstrap Pin 去确定从某个存储器来读可执行的二进制文件到 SRAM 并执行；理论上来说，这个二进制文件就可以是我们的 u-boot.bin 文件了；也就是 BootROM 直接加载 u-boot.bin；

理论上是这样的，但是这里有一个问题，就是 SRAM 很贵，一般来说，SoC 的片上 SRAM 都不会太大，一般 4KB、8KB、16KB...256KB不等；但是呢，u-boot 编译出来，却很大，好几百KB，放不下！

放不下怎么办？有两种办法：


1、放不下就放不下呗，BootROM 加载多少算多少；
 
2、做一个小一点的 boot 程序，先让 BootROM 加载这个小的程序，后面再由这个小 boot 去加载 u-boot；

比如，我们的 u-boot 有 300KB，SRAM 有 8KB，外部 DDR 1GB：

如果使用第一种方案的话，u-boot 的前面 8K 被加载进入 SRAM 执行，u-boot 被截断，我们就需要保证在 u-boot 的前 8KB 代码，把板载的 DDR 初始化好，把整个 u-boot 拷贝到 DDR，然后跳转到 DDR 执行；

第二种方案的话，我们做一个小的 u-boot ，这个 u-boot 就叫做 spl，它很小很小（小于SRAM大小），它先被 BootROM 加载到 SRAM 运行，那么这个 spl 要做什么事情呢？最主要的就是要初始化 DDR Controller，然后将真正的大 u-boot 从外部存储器读取到 DDR 中，然后跳转到大 u-boot；

如下图所示：