uboot1.1.6環境變數

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學習目標： 1、分析u-boot-1.1.6環境變數，瞭解環境變數初始化、設置以及過程 2、為後面能夠掌握u-boot-1.1.6如何啟動內核過程打下基礎 1、環境變數的概念 在分析uboot環境變數的源碼實現之前，先介紹一下環境變數的概念。u-boot通過環境變數為用戶提供一定程度的可配置性，在不 ...


學習目標：

1、分析u-boot-1.1.6環境變數，瞭解環境變數初始化、設置以及過程

2、為後面能夠掌握u-boot-1.1.6如何啟動內核過程打下基礎

1、環境變數的概念

在分析uboot環境變數的源碼實現之前，先介紹一下環境變數的概念。u-boot通過環境變數為用戶提供一定程度的可配置性，在不改變源碼、不重新編譯的情況下，可以通過設置環境變數的值來改變uboot的一些設置，如bootdelay時間，內核啟動命令參數等。可配置性意味著環境變數是可以添加、刪除和修改的，也就是說環境變數的內容可能會頻繁變化，為了不讓這種變化對u-boot的代碼和數據造成破壞，通常的選擇是在FLASH中預留一個專門用來存儲環境變數的塊。開發者在串口終端輸入setenv命令可以設置環境量值，設置完成後使用saveenv命令將setenv命令設置好的環境變數保存在非易失存儲器中。如下圖所示，使用uboot時， 在串口終端輸入printenv命令便能夠列印uboot中的環境變數值。

2、環境變數的數據結構

#define ENV_SIZE (CFG_ENV_SIZE - ENV_HEADER_SIZE)

typedef    struct environment_s {
    unsigned long    crc;        /* CRC32 over data bytes    */
#ifdef CFG_REDUNDAND_ENVIRONMENT
    unsigned char    flags;        /* active/obsolete flags    */
#endif
    unsigned char    data[ENV_SIZE]; /* Environment data        */
} env_t;

crc變數保存上一次環境變數數據寫入flash時做crc運算的結果，當重新從flash中讀取環境變數值時，代碼會對讀取數據進行crc校驗，並將新的校驗的值與上次保存的值進行比較，如果兩次crc校驗值相同，表示存放在flash中的環境變數正常，否則，表示存放環境變數數據損壞。

數組data[ENV_SIZE]保存環境變數的值，環境變數名已經環境變數值以字元形式存放在記憶體中

3、環境變數的初始化

int  env_init(void)
{
/* 未定義CONFIG_OMAP2420H4，此處代碼不被編譯 */
#ifdef CONFIG_OMAP2420H4
    int flash_probe(void);

    if(flash_probe() == 0)
        goto bad_flash;
#endif
    /* env_t *env_ptr = (env_t *)CFG_ENV_ADDR， 此處執行嗎?，如果此處執行 */
    /* 先進入nor flash讀取環境變數，通過CRC檢測讀取環境變數是否正確 */
    if (crc32(0, env_ptr->data, ENV_SIZE) == env_ptr->crc) {
        gd->env_addr  = (ulong)&(env_ptr->data);
        gd->env_valid = 1;
        return(0);
    }
/* 未定義CONFIG_OMAP2420H4，此處代碼不被編譯 */
#ifdef CONFIG_OMAP2420H4
bad_flash:
#endif    
    /* CRC校驗後讀取環境變數不正確，此處執行，使用預設環境變數 */
    gd->env_addr  = (ulong)&default_environment[0];
    gd->env_valid = 0;
    return (0);
}

int env_inti(void)函數在uboot代碼第二階段入口函數start_armboot開始處被調用。首先，env_init函數從存放環境變數的flash記憶體地址中讀取環境變數的值，並且對讀出的環境變數數據進行crc校驗，將新校驗的crc值與寫入環境變數時的crc校驗值進行比較。如果兩個值相等，將讀取數據的地址賦值給gd指針執行的全局數據結構中的env_addr成員，並將env_valid標誌位置位。如果讀取環境變數校驗值和寫入時的校驗值不同，存儲在flash中的環境變數值損壞，將預設環境變數值賦給gd指針執行的全局數據結構中的env_addr成員。

env_ptr指針指向環境變數存放初始地址，env_t *env_ptr = (env_t *)CFG_ENV_ADDR。CFG_ENV_ADDR是一個巨集，代表環境變數在flash中存放的地址，由於我配置uboot時目標板是smdk2410,所以該巨集存放在include/configs/smdk2410.h頭文件中。預設環境變數值如下所示：

uchar default_environment[] = {
#ifdef    CONFIG_BOOTARGS
    "bootargs="    CONFIG_BOOTARGS            "\0"
#endif
#ifdef    CONFIG_BOOTCOMMAND
    "bootcmd="    CONFIG_BOOTCOMMAND        "\0"
#endif
#ifdef    CONFIG_RAMBOOTCOMMAND
    "ramboot="    CONFIG_RAMBOOTCOMMAND        "\0"
#endif
#ifdef    CONFIG_NFSBOOTCOMMAND
    "nfsboot="    CONFIG_NFSBOOTCOMMAND        "\0"
#endif
#if defined(CONFIG_BOOTDELAY) && (CONFIG_BOOTDELAY >= 0)
    "bootdelay="    MK_STR(CONFIG_BOOTDELAY)    "\0"
#endif
#if defined(CONFIG_BAUDRATE) && (CONFIG_BAUDRATE >= 0)
    "baudrate="    MK_STR(CONFIG_BAUDRATE)        "\0"
#endif
#ifdef    CONFIG_LOADS_ECHO
    "loads_echo="    MK_STR(CONFIG_LOADS_ECHO)    "\0"
#endif
#ifdef    CONFIG_ETHADDR
    "ethaddr="    MK_STR(CONFIG_ETHADDR)        "\0"
#endif
#ifdef    CONFIG_ETH1ADDR
    "eth1addr="    MK_STR(CONFIG_ETH1ADDR)        "\0"
#endif
#ifdef    CONFIG_ETH2ADDR
    "eth2addr="    MK_STR(CONFIG_ETH2ADDR)        "\0"
#endif
#ifdef    CONFIG_ETH3ADDR
    "eth3addr="    MK_STR(CONFIG_ETH3ADDR)        "\0"
#endif
#ifdef    CONFIG_IPADDR
    "ipaddr="    MK_STR(CONFIG_IPADDR)        "\0"
#endif
#ifdef    CONFIG_SERVERIP
    "serverip="    MK_STR(CONFIG_SERVERIP)        "\0"
#endif
#ifdef    CFG_AUTOLOAD
    "autoload="    CFG_AUTOLOAD            "\0"
#endif
#ifdef    CONFIG_PREBOOT
    "preboot="    CONFIG_PREBOOT            "\0"
#endif
#ifdef    CONFIG_ROOTPATH
    "rootpath="    MK_STR(CONFIG_ROOTPATH)        "\0"
#endif
#ifdef    CONFIG_GATEWAYIP
    "gatewayip="    MK_STR(CONFIG_GATEWAYIP)    "\0"
#endif
#ifdef    CONFIG_NETMASK
    "netmask="    MK_STR(CONFIG_NETMASK)        "\0"
#endif
#ifdef    CONFIG_HOSTNAME
    "hostname="    MK_STR(CONFIG_HOSTNAME)        "\0"
#endif
#ifdef    CONFIG_BOOTFILE
    "bootfile="    MK_STR(CONFIG_BOOTFILE)        "\0"
#endif
#ifdef    CONFIG_LOADADDR
    "loadaddr="    MK_STR(CONFIG_LOADADDR)        "\0"
#endif
#ifdef  CONFIG_CLOCKS_IN_MHZ
    "clocks_in_mhz=1\0"
#endif
#if defined(CONFIG_PCI_BOOTDELAY) && (CONFIG_PCI_BOOTDELAY > 0)
    "pcidelay="    MK_STR(CONFIG_PCI_BOOTDELAY)    "\0"
#endif
#ifdef  CONFIG_EXTRA_ENV_SETTINGS
    CONFIG_EXTRA_ENV_SETTINGS
#endif
    "\0"
};

4、環境變數的重定位

env_inti函數在初始化時對環境變數保存位置進行識別，並將環境變數存放的初始地址賦值給了全局數據結構gt_t成員env_addr。讀取存放在flash中的環境變數數據，進行crc校驗後有效，便使用flash中的環境變數，否則使用預設環境變數。我們知道flash操作速度記憶體慢（若環境變數存放在nand flash中，進行讀取時還需要相應的指令），對flash中環境變數進行直接讀寫不僅會影響uboot性能，而且多次擦除還會影響flash的使用壽命，因此，需要將flash中的環境變數進行重定位操作。

void env_relocate (void)
{
    DEBUGF ("%s[%d] offset = 0x%lx\n", __FUNCTION__,__LINE__,
        gd->reloc_off);

/* 未定義CONFIG_AMIGAONEG3SE巨集，此處不被編譯 */
#ifdef CONFIG_AMIGAONEG3SE
    enable_nvram();
#endif

/* 未定義ENV_IS_EMBEDDED巨集，此處不被編譯 */
#ifdef ENV_IS_EMBEDDED
    /*
     * The environment buffer is embedded with the text segment,
     * just relocate the environment pointer
     */
    env_ptr = (env_t *)((ulong)env_ptr + gd->reloc_off);
    DEBUGF ("%s[%d] embedded ENV at %p\n", __FUNCTION__,__LINE__,env_ptr);
/* ifdef語句為假，此處被編譯 */
#else
    /*
     * We must allocate a buffer for the environment
     */
    /* 在malloc區，為環境變數分配存儲空間 */
    env_ptr = (env_t *)malloc (CFG_ENV_SIZE);
    DEBUGF ("%s[%d] malloced ENV at %p\n", __FUNCTION__,__LINE__,env_ptr);
#endif

    /*
     * After relocation to RAM, we can always use the "memory" functions
     */
    env_get_char = env_get_char_memory;

    if (gd->env_valid == 0) {
#if defined(CONFIG_GTH)    || defined(CFG_ENV_IS_NOWHERE)    /* Environment not changable */
        puts ("Using default environment\n\n");
#else
        puts ("*** Warning - bad CRC, using default environment\n\n");
        SHOW_BOOT_PROGRESS (-1);
#endif

        if (sizeof(default_environment) > ENV_SIZE)
        {
            puts ("*** Error - default environment is too large\n\n");
            return;
        }

        memset (env_ptr, 0, sizeof(env_t));
        memcpy (env_ptr->data,
            default_environment,
            sizeof(default_environment));
#ifdef CFG_REDUNDAND_ENVIRONMENT
        env_ptr->flags = 0xFF;
#endif
        env_crc_update ();
        gd->env_valid = 1;
    }
    else {
        env_relocate_spec ();
    }
    gd->env_addr = (ulong)&(env_ptr->data);
/* 未定義CONFIG_AMIGAONEG3SE巨集，此處代碼不被編譯 */
#ifdef CONFIG_AMIGAONEG3SE
    disable_nvram();
#endif
}

void env_relocate (void)函數功能是對flash中環境變數的數據進行重定位，首先在uboot自定義的堆區為環境變數分配相應的記憶體空間，env_ptr指針指向這塊記憶體的初始地址，然後根據gd->env_valid值執行不同的操作（gd->env_valid在env_init函數中設置）。gd->env_valid=0代表flash中環境變數無效，使用預設環境變數，將env_ptr指針指向的記憶體地址清零，再將存放預設環境變數default_environment數組內容拷貝到env_ptr指針指向的記憶體空間中；gd->env_valid=1時flash中存放環境變數有效，調用env_relocate_spec ()函數，將flash中存放的環境變數數據複製到env_ptr指針指向的記憶體空間。最後，將環境變數中的數據在重定位記憶體中的地址賦給gd->env_addr。

5、讀取環境變數

前面介紹過在串口終端輸入printenv，執行回車後，列印環境變數值。執行printenv命令其實底層調用的是do_printenv函數，這個函數源碼如下：

int do_printenv (cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char *argv[])
{
    int i, j, k, nxt;
    int rcode = 0;

    if (argc == 1) {        /* 列印所有的環境變數    */
        for (i=0; env_get_char(i) != '\0'; i=nxt+1) {
            for (nxt=i; env_get_char(nxt) != '\0'; ++nxt)
                ;
            for (k=i; k<nxt; ++k)
                putc(env_get_char(k));
            putc  ('\n');

            if (ctrlc()) {
                puts ("\n ** Abort\n");
                return 1;
            }
        }

        printf("\nEnvironment size: %d/%d bytes\n", i, ENV_SIZE);

        return 0;
    }
　　/* 遍歷輸入的參數，分別列印其環境變數值 */
    for (i=1; i<argc; ++i) {    /* print single env variables    */
        char *name = argv[i];

        k = -1;
　　　　　
        for (j=0; env_get_char(j) != '\0'; j=nxt+1) {

            for (nxt=j; env_get_char(nxt) != '\0'; ++nxt)  /* uchar (*env_get_char)(int) = env_get_char_init,env_get_char_init函數獲取相對環境變數記憶體起始地址偏移nxt長度字元 */
                ;
            k = envmatch((uchar *)name, j);　　/* 檢測輸入參數名和記憶體中環境變數參數名是否匹配 */
            if (k < 0) {
                continue;
            }
            puts (name);
            putc ('=');
            while (k < nxt)
                putc(env_get_char(k++));
            putc ('\n');
            break;
        }
        if (k < 0) {
            printf ("## Error: \"%s\" not defined\n", name);
            rcode ++;
        }
    }
    return rcode;
}

1、當argc==1時（例如執行printenv命令,argc=1），列印uboot所有的環境變數

2、當argc>1時（例如執行printenv bootcmd baudrate命令,argc=3），列印環境變數bootcmd、baudrate

6、設置環境變數

同讀取環境變數一樣，執行setenv命令其實底層調用的是_do_setenv函數，這個函數源碼如下：

int do_setenv (cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char *argv[])
{
    if (argc < 2) {
        printf ("Usage:\n%s\n", cmdtp->usage);
        return 1;
    }

    return _do_setenv (flag, argc, argv);
}

int _do_setenv (int flag, int argc, char *argv[])
{
    int   i, len, oldval;
    int   console = -1;
    uchar *env, *nxt = NULL;
    char *name;
    bd_t *bd = gd->bd;

　　/* env_data獲取環境變數的數據部分在記憶體的初始地址 */
    uchar *env_data = env_get_addr(0);

    if (!env_data)    /* need copy in RAM */
        return 1;

    name = argv[1];
　　
　　/* 檢測輸入的第二個參數為'='，列印相關錯誤信息 */
    if (strchr(name, '=')) {
        printf ("## Error: illegal character '=' in variable name \"%s\"\n", name);
        return 1;
    }

　　/* 遍歷記憶體中的環境變數數據數組，檢測配置環境變數名是否存在 */
    oldval = -1;
    for (env=env_data; *env; env=nxt+1) {
        for (nxt=env; *nxt; ++nxt)
            ;
        if ((oldval = envmatch((uchar *)name, env-env_data)) >= 0)
            break;
    }

    /*
     * Delete any existing definition
     */
    if (oldval >= 0) {
#ifndef CONFIG_ENV_OVERWRITE

       
        /* 網卡地址和串口號是固定的，如果設置是網卡地址和串口號，列印"Can't overwrite \"%s\"\n", name，代碼返回 */
        if ( (strcmp (name, "serial#") == 0) ||
            ((strcmp (name, "ethaddr") == 0)
#if defined(CONFIG_OVERWRITE_ETHADDR_ONCE) && defined(CONFIG_ETHADDR)
             && (strcmp ((char *)env_get_addr(oldval),MK_STR(CONFIG_ETHADDR)) != 0)
#endif    /* CONFIG_OVERWRITE_ETHADDR_ONCE && CONFIG_ETHADDR */
            ) ) {
            printf ("Can't overwrite \"%s\"\n", name);
            return 1;
        }
#endif

        /* Check for console redirection */
        if (strcmp(name,"stdin") == 0) {
            console = stdin;
        } else if (strcmp(name,"stdout") == 0) {
            console = stdout;
        } else if (strcmp(name,"stderr") == 0) {
            console = stderr;
        }

        if (console != -1) {
            if (argc < 3) {        /* Cannot delete it! */
                printf("Can't delete \"%s\"\n", name);
                return 1;
            }

            /* Try assigning specified device */
            if (console_assign (console, argv[2]) < 0)
                return 1;

#ifdef CONFIG_SERIAL_MULTI
            if (serial_assign (argv[2]) < 0)
                return 1;
#endif
        }

        /* 如果是參數=波特率，重新設置相應波特率值 */
        if (strcmp(argv[1],"baudrate") == 0) {
            int baudrate = simple_strtoul(argv[2], NULL, 10);
            int i;
　　　　　　　/* 檢測輸入波特率值是否合法，如果不合法，列印錯誤，返回函數 */
            for (i=0; i<N_BAUDRATES; ++i) {
                if (baudrate == baudrate_table[i])
                    break;
            }
            if (i == N_BAUDRATES) {
                printf ("## Baudrate %d bps not supported\n",
                    baudrate);
                return 1;
            }
            printf ("## Switch baudrate to %d bps and press ENTER ...\n",
                baudrate);
            udelay(50000);
            gd->baudrate = baudrate;
#ifdef CONFIG_PPC
            gd->bd->bi_baudrate = baudrate;
#endif

            serial_setbrg ();
            udelay(50000);
            for (;;) {
                if (getc() == '\r')
                      break;
            }
        }

        if (*++nxt == '\0') {
            if (env > env_data) {
                env--;
            } else {
                *env = '\0';
            }
        } else {
            for (;;) {
                *env = *nxt++;
                if ((*env == '\0') && (*nxt == '\0'))
                    break;
                ++env;
            }
        }
        *++env = '\0';
    }

#ifdef CONFIG_NET_MULTI
    if (strncmp(name, "eth", 3) == 0) {
        char *end;
        int   num = simple_strtoul(name+3, &end, 10);

        if (strcmp(end, "addr") == 0) {
            eth_set_enetaddr(num, argv[2]);
        }
    }
#endif


    /* Delete only ? */
    if ((argc < 3) || argv[2] == NULL) {
        env_crc_update ();
        return 0;
    }

    /*
     * Append new definition at the end
     */
    for (env=env_data; *env || *(env+1); ++env)
        ;
    if (env > env_data)
        ++env;
    /*
     * Overflow when:
     * "name" + "=" + "val" +"\0\0"  > ENV_SIZE - (env-env_data)
     */
    len = strlen(name) + 2;
    /* add '=' for first arg, ' ' for all others */
    for (i=2; i<argc; ++i) {
        len += strlen(argv[i]) + 1;
    }
    if (len > (&env_data[ENV_SIZE]-env)) {
        printf ("## Error: environment overflow, \"%s\" deleted\n", name);
        return 1;
    }
    while ((*env = *name++) != '\0')
        env++;
    for (i=2; i<argc; ++i) {
        char *val = argv[i];

        *env = (i==2) ? '=' : ' ';
        while ((*++env = *val++) != '\0')　　/* 將設置的新的參數寫入到重定位的環境變數數據中 */
            ;
    }

    /* end is marked with double '\0' */
    *++env = '\0';

    /* Update CRC */
    env_crc_update ();

   
　　/* 如果設置環境變數是ethaddr、ipaddr、loadaddr、bootfile、vga_fg_color 根據新的環境值，立即更新相應全局變數、更新底層硬體 */
    if (strcmp(argv[1],"ethaddr") == 0) {
        char *s = argv[2];    /* always use only one arg */
        char *e;
        for (i=0; i<6; ++i) {
            bd->bi_enetaddr[i] = s ? simple_strtoul(s, &e, 16) : 0;
            if (s) s = (*e) ? e+1 : e;
        }
#ifdef CONFIG_NET_MULTI
        eth_set_enetaddr(0, argv[2]);
#endif
        return 0;
    }

    if (strcmp(argv[1],"ipaddr") == 0) {
        char *s = argv[2];    /* always use only one arg */
        char *e;
        unsigned long addr;
        bd->bi_ip_addr = 0;
        for (addr=0, i=0; i<4; ++i) {
            ulong val = s ? simple_strtoul(s, &e, 10) : 0;
            addr <<= 8;
            addr  |= (val & 0xFF);
            if (s) s = (*e) ? e+1 : e;
        }
        bd->bi_ip_addr = htonl(addr);
        return 0;
    }
    if (strcmp(argv[1],"loadaddr") == 0) {
        load_addr = simple_strtoul(argv[2], NULL, 16);
        return 0;
    }
#if (CONFIG_COMMANDS & CFG_CMD_NET)
    if (strcmp(argv[1],"bootfile") == 0) {
        copy_filename (BootFile, argv[2], sizeof(BootFile));
        return 0;
    }
#endif    /* CFG_CMD_NET */

#ifdef CONFIG_AMIGAONEG3SE
    if (strcmp(argv[1], "vga_fg_color") == 0 ||
        strcmp(argv[1], "vga_bg_color") == 0 ) {
        extern void video_set_color(unsigned char attr);
        extern unsigned char video_get_attr(void);

        video_set_color(video_get_attr());
        return 0;
    }
#endif    /* CONFIG_AMIGAONEG3SE */

    return 0;
}

7、保存設置的環境變數

串口輸入setenv命令，系統是將新的環境變數保存到重定位的記憶體中，我們知道記憶體在系統掉電後數據丟失，如果想要將設置的環境變數永久保存，還是要將新的環境變數寫入到存儲環境變數的flash地址中。執行saveenv命令就是將分配記憶體中的環境變數保存到flash中，執行saveenv命令其實底層調用的是do_printenv函數，這個函數源碼如下：

int do_saveenv (cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char *argv[])
{
    extern char * env_name_spec;

    printf ("Saving Environment to %s...\n", env_name_spec);

    return (saveenv() ? 1 : 0);
}

/* 由於saveenv函數過長，下麵刪去不被包含的巨集內的代碼 */
int saveenv(void)
{
    int    len, rc;
    ulong    end_addr;
    ulong    flash_sect_addr;

    uchar *env_buffer = (uchar *)env_ptr;

    int rcode = 0;

　　/* static env_t *flash_addr = (env_t *)CFG_ENV_ADDR; */
    flash_sect_addr = (ulong)flash_addr; /* flash_sect_addr 保持環境變數在flash中起始地址 */
    len     = CFG_ENV_SIZE;

    end_addr = flash_sect_addr + 0x20000 - 1;

    debug ("Protect off %08lX ... %08lX\n",
        (ulong)flash_sect_addr, end_addr);

    if (flash_sect_protect (0, flash_sect_addr, end_addr))
        return 1;

    puts ("Erasing Flash...");
    if (flash_sect_erase (flash_sect_addr, end_addr))
        return 1;

    puts ("Writing to Flash... ");
    rc = flash_write((char *)env_buffer, flash_sect_addr, len);
    if (rc != 0) {
        flash_perror (rc);
        rcode = 1;
    } else {
        puts ("done\n");
    }

    /* try to re-protect */
    (void) flash_sect_protect (1, flash_sect_addr, end_addr);
    return rcode;
}

1、env_buffer指針存放環境變數在記憶體中的初始位置

2、寫入flash之前應該擦除想要寫入的扇區，調用flash_sect_erase函數擦除環境變數所做flash的扇區

3、再調用flash_write，寫入新的環境變數


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